JP5207452B2 - Pantograph and method for improving the following characteristics of pantograph - Google Patents

Pantograph and method for improving the following characteristics of pantograph Download PDF

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Description

本発明は、電気鉄道においてトロリ線からの集電を行うパンタグラフ、及び、このようなパンタグラフの追随特性向上方法に関する。特には、車両の速度変化等に起因してトロリ線からの加振周波数が変化する場合であっても、広い周波数帯域において良好な追随特性が得られるパンタグラフ及びパンタグラフの追随特性向上方法に関する。   The present invention relates to a pantograph that collects current from a trolley line in an electric railway, and a method for improving the following characteristics of such a pantograph. In particular, the present invention relates to a pantograph and a method for improving the tracking characteristic of a pantograph that can provide good tracking characteristics in a wide frequency band even when the excitation frequency from the trolley line changes due to a change in the speed of the vehicle or the like.

現状の営業用の電気鉄道においては、トロリ線からパンタグラフを介して車両に電力を送る方式が一般的である。車体に対するトロリ線の高さは一定ではなく、例えばトロリ線を支持するハンガの配置間隔等に応じた高さ変化(凹凸)があることから、車両の走行時にパンタグラフの舟体はトロリ線から周期的に変動する加振を受けることになる。ここで、舟体に設けられたすり板体がトロリ線の高さ変化に追随しきれずにトロリ線から離れる離線が生ずると、すり板体とトロリ線との間にスパークが生じてすり板体の損耗が進み問題となる。そのため、パンタグラフには、すり板体のトロリ線に対する追随特性を向上することにより、離線が極力起こらないことが求められる。   In current electric railways for business use, a method of sending electric power from a trolley line to a vehicle via a pantograph is common. The height of the trolley wire with respect to the vehicle body is not constant, for example, there is a height change (unevenness) according to the arrangement interval of hangers that support the trolley wire, etc. Will be subject to fluctuations. Here, if the sliding plate provided on the boat body does not follow the change in the height of the trolley line and a separation line is generated, a spark is generated between the sliding plate body and the trolley line. The wear and tear becomes a problem. Therefore, it is required for the pantograph that separation is not generated as much as possible by improving the following characteristic of the sliding plate body with respect to the trolley line.

従来、パンタグラフのトロリ線に対する追随特性を向上する技術として、以下のものが知られている。
(1)複数個の舟体が互いに独立に振動可能となるように、各々の舟体を共通の支持体で弾性支持し、各舟体の弾性支持系の共振点を相互に重ならないようにずらす(例えば、特許文献1を参照)。
(2)前後1対の舟体を設けて、各舟体の質量を異ならせるとともに、各舟体の車幅方向両端部にそれぞれ設けられた復元バネのバネ定数を前後左右で異ならせる(例えば、特許文献2を参照)。
(3)複数個の舟体をそれぞれ個別に上下動させる駆動機構を備え、各舟体を一定周期で相互に所定時間ずらして上下動させることによって、各舟体のいずれかが常にトロリ線に接するように制御する(例えば、特許文献3を参照)。
特公昭56−27042号公報 特開2006−174667号公報 特開昭54―20506号公報
Conventionally, the following techniques are known as techniques for improving the following characteristics of a pantograph with respect to a trolley line.
(1) Each boat body is elastically supported by a common support so that a plurality of boat bodies can vibrate independently of each other, and the resonance points of the elastic support systems of the boat bodies do not overlap each other. Shift (see, for example, Patent Document 1).
(2) A pair of front and rear hulls is provided to vary the mass of each hull, and the spring constants of the restoring springs provided at both ends in the vehicle width direction of each hull are different from front to back and left and right (for example, , See Patent Document 2).
(3) Provided with a drive mechanism that individually moves a plurality of hulls up and down individually, and by moving each hull up and down with a certain period of time from each other for a predetermined time, one of the hulls is always on a trolley line. It controls so that it may contact | connect (for example, refer patent document 3).
Japanese Patent Publication No.56-27042 JP 2006-174667 A Japanese Patent Laid-Open No. 54-20506

しかし、上記した各特許文献の従来技術は、複数の舟体を必要とすることからパンタグラフの構造が複雑化し、重量も大きくなる。さらに、既存のパンタグラフを改修して適用することも困難である。
また、電気鉄道の高速化に伴い、パンタグラフには広範な速度域で良好な追随特性を発揮することが要求されている。
However, since the prior arts of the above-mentioned patent documents require a plurality of boat bodies, the structure of the pantograph becomes complicated and the weight increases. Furthermore, it is difficult to modify and apply existing pantographs.
Moreover, with the speeding up of electric railways, pantographs are required to exhibit good tracking characteristics in a wide speed range.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、パンタグラフの複雑化を引き起こすことなく広範な車両速度域において集電摺動部のトロリ線への追随特性を向上したパンタグラフ、及び、パンタグラフの追随特性向上方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and has improved the following characteristics of the current collector sliding portion to the trolley wire in a wide range of vehicle speeds without causing complication of the pantograph, and An object of the present invention is to provide a method for improving the following characteristics of a pantograph.

上記の課題を解決するため、本発明のベースとなるパンタグラフは、トロリ線に接触する集電摺動部と、前記集電摺動部を車体に対し変位可能に支持する支持機構と、前記支持機構に設けられたバネ定数を変更可能な可変バネ要素と、前記車両の走行時に前記トロリ線が前記集電摺動部を加振する卓越周波数に応じて前記可変バネ要素の前記バネ定数を変更する制御手段と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a pantograph as a base of the present invention includes a current-collecting sliding portion that contacts a trolley wire, a support mechanism that supports the current-collecting sliding portion so as to be displaceable with respect to a vehicle body, and the support A variable spring element that can change a spring constant provided in a mechanism, and the spring constant of the variable spring element is changed according to a dominant frequency at which the trolley wire vibrates the current-collecting sliding portion when the vehicle is running And a control means.

パンタグラフの集電摺動部のトロリ線に対する追随振幅特性は、周波数に応じていくつかのピークと谷とが現れるのが一般的である。このようなピークや谷のみられる周波数は集電摺動部を支持するバネ要素のバネ定数に応じて変化する。
本発明によれば、車両の走行時にトロリ線が集電摺動部を加振する卓越周波数に応じて、上記可変バネ要素のバネ定数を変更することによって、良好な追随振幅が得られる周波数帯をシフトさせてパンタグラフの追随特性を向上することができる。これによって、例えば複数の舟体を設ける等のパンタグラフの構造を複雑化することなく、広範な車両走行速度域にわたってパンタグラフの追随特性を向上することができる。
As for the following amplitude characteristic with respect to the trolley line of the current collector sliding part of the pantograph, several peaks and valleys generally appear according to the frequency. The frequency of such peaks and valleys varies depending on the spring constant of the spring element that supports the current collector sliding portion.
According to the present invention, a frequency band in which a good tracking amplitude can be obtained by changing the spring constant of the variable spring element according to the dominant frequency at which the trolley wire vibrates the current collector sliding portion when the vehicle is running. Can be followed to improve the following characteristics of the pantograph. Accordingly, the following characteristics of the pantograph can be improved over a wide range of vehicle traveling speeds without complicating the structure of the pantograph, for example, by providing a plurality of boat bodies.

本発明のパンタグラフにおいて、前記制御手段が前記車両の走行速度変化に応じて前記可変バネ要素のバネ定数を上げるものとする。
すなわち、トロリ線が集電摺動部を加振する卓越周波数は、トロリ線を支持するハンガ等の配置間隔がほぼ一定である場合には、車両の走行速度にほぼ比例する。一方、バネ要素のバネ定数を上げる(大きくする)ことによって追随振幅特性のピークを周波数が高い側へシフトさせることができるため、車両の走行速度に応じてバネ定数を上げることによって、良好な追随振幅特性を得ることができる。
この場合、バネ要素のバネ定数は、連続的に変えてもよく、また、段階的に変えてもよい。
In the pantograph of the present invention, the control means increases the spring constant of the variable spring element in accordance with a change in the traveling speed of the vehicle.
That is, the dominant frequency at which the trolley wire vibrates the current collector sliding portion is substantially proportional to the traveling speed of the vehicle when the arrangement interval of hangers that support the trolley wire is substantially constant. On the other hand, by increasing (increasing) the spring constant of the spring element, the peak of the tracking amplitude characteristic can be shifted to the higher frequency side. Therefore, by increasing the spring constant according to the traveling speed of the vehicle, good tracking can be achieved. Amplitude characteristics can be obtained.
In this case, the spring constant of the spring element may be changed continuously or may be changed stepwise.

本発明のパンタグラフは、前記可変バネ要素が圧縮ガスの貯留されるガス室を有する空気バネであり、前記制御手段の出力に応じて前記ガス室内の前記圧縮ガスの圧力を変更する圧力可変手段を備える構成とすることができる。
なお、本明細書、請求の範囲等において、「空気バネ」とは、バネ反力を発生させる圧縮気体として気体(空気以外も含む)を用いたものとする。空気バネは、典型的には例えばローリングダイアフラム式やエアシリンダ式のものが用いられるが、特にこれらに限定されない。
この場合、ガス室内の圧縮ガスの圧力を増減することによって空気バネのバネ定数を変化させることができる。
The pantograph of the present invention is an air spring in which the variable spring element has a gas chamber in which compressed gas is stored, and pressure variable means for changing the pressure of the compressed gas in the gas chamber according to the output of the control means. It can be set as the structure provided.
In the present specification, claims, etc., “air spring” is assumed to use gas (including other than air) as a compressed gas that generates a spring reaction force. The air spring is typically a rolling diaphragm type or an air cylinder type, but is not particularly limited thereto.
In this case, the spring constant of the air spring can be changed by increasing or decreasing the pressure of the compressed gas in the gas chamber.

ここで、前記圧力可変手段が前記空気バネのガス室内圧力よりも高圧のガスを供給する高圧ガス供給源と、前記高圧ガス供給源と前記空気バネのガス室とを連通させる管路に設けられた圧力調整弁とを備える構成とすることができる。   Here, the pressure variable means is provided in a high-pressure gas supply source that supplies a gas having a pressure higher than the pressure in the gas chamber of the air spring, and a pipe that communicates the high-pressure gas supply source and the gas chamber of the air spring. And a pressure regulating valve.

本発明のパンタグラフは、前記可変バネ要素は、圧縮ガスの貯留されるガス室を有する空気バネであり、前記制御手段の出力に応じて前記ガス室の容積を変更する容積可変手段を備える構成とすることができる。
この場合、ガス室の容積を増減することによって、バネ定数を増減することができる。
In the pantograph of the present invention, the variable spring element is an air spring having a gas chamber in which compressed gas is stored, and includes a volume variable means for changing the volume of the gas chamber in accordance with the output of the control means. can do.
In this case, the spring constant can be increased or decreased by increasing or decreasing the volume of the gas chamber.

ここで、前記容積可変手段が前記空気バネのガス室と管路を介して接続され、前記管路に設けられた弁によって前記ガス室と連通した状態又は遮断された状態を選択可能な副ガス室を備える構成とすることができる。
この場合、副ガス室の容積や設置する個数によって空気バネのバネ定数を広範な範囲で可変にすることができる。
Here, the volume variable means is connected to the gas chamber of the air spring via a pipe line, and a sub-gas which can select a state connected to or shut off from the gas chamber by a valve provided in the pipe line It can be set as the structure provided with a chamber.
In this case, the spring constant of the air spring can be varied in a wide range depending on the volume of the auxiliary gas chamber and the number of installed gas chambers.

また、前記容積可変手段が前記空気バネのガス室と管路を介して接続され、連続的に容積を変更可能な容積可変ガス室を備える構成とすることもできる。
この場合、全体の気室容積を連続的に変化させ、空気バネのバネ定数を無段階に可変してきめ細かい制御を行うことができる。
Further, the volume variable means may be connected to the gas chamber of the air spring via a pipe line, and a volume variable gas chamber capable of continuously changing the volume may be provided.
In this case, fine control can be performed by continuously changing the entire air chamber volume and changing the spring constant of the air spring steplessly.

本発明のパンタグラフは、前記可変バネ要素が、該可変バネ要素の付勢力を前記集電摺動部に伝達する付勢力伝達部材と、前記付勢力伝達部材を前記トロリ線方向に付勢する第1の空気バネと、前記付勢力伝達部材を前記第1の空気バネとはほぼ反対方向に付勢する第2の空気バネとを備える構成とすることができる。   In the pantograph of the present invention, the variable spring element includes a biasing force transmission member that transmits a biasing force of the variable spring element to the current collector sliding portion, and a biasing force transmission member that biases the biasing force transmission member in the trolley line direction. The first air spring and a second air spring that urges the urging force transmitting member in a direction substantially opposite to the first air spring may be provided.

本発明のパンタグラフは、前記可変バネ要素が弾性を有する固体材料によって形成され、前記空気バネとほぼ同じ方向に前記集電摺動部を付勢する補助スプリングを備える構成とすることができる。
この場合、補助スプリングの設定によってガス圧力の調整だけでは得られない所望のバネ定数を得ることができ、また、空気バネに故障が発生した場合のフェイルセーフ性を確保することができる。
In the pantograph of the present invention, the variable spring element may be formed of an elastic solid material, and may include an auxiliary spring that urges the current collecting sliding portion in substantially the same direction as the air spring.
In this case, a desired spring constant that cannot be obtained only by adjusting the gas pressure can be obtained by setting the auxiliary spring, and fail-safeness can be ensured when a failure occurs in the air spring.

本発明のベースとなるパンタグラフの追随特性向上方法は、トロリ線に接触する集電摺動部、前記集電摺動部を車体に対して変位可能に支持する支持機構、及び、前記支持機構に設けられ前記集電摺動部を前記トロリ線方向に付勢するバネ要素を有するパンタグラフの追随特性向上方法であって、前記車両の走行時に前記トロリ線が前記集電摺動部を加振する卓越周波数に応じて前記バネ要素のバネ定数を変更することを特徴とする。
この場合、前記車両の走行速度増加に応じて、前記バネ要素のバネ定数を増加させることができる。
A method for improving the following characteristics of a pantograph as a base of the present invention includes: a current collecting sliding portion that contacts a trolley wire; a support mechanism that supports the current collecting sliding portion so as to be displaceable with respect to a vehicle body; and A method for improving the following characteristics of a pantograph having a spring element that is provided and biases the current collecting sliding part in the direction of the trolley line, wherein the trolley line vibrates the current collecting sliding part when the vehicle travels The spring constant of the spring element is changed according to the dominant frequency.
In this case, the spring constant of the spring element can be increased in accordance with an increase in the traveling speed of the vehicle.

本発明のパンタグラフは、前記圧力可変手段と前記第1の空気バネのガス室とを連通させる管路、及び、前記圧力可変手段と前記第2の空気バネのガス室とを連通させる管路のそれぞれに、流量制限部が設けられている構成とすることができる。   The pantograph of the present invention includes a pipe line that communicates the pressure variable means and the gas chamber of the first air spring, and a pipe line that communicates the pressure variable means and the gas chamber of the second air spring. Each may be configured to be provided with a flow rate limiting unit.

ここで、流量制限部とは、管路の一部の流路断面積を他の部分よりも小さくする等して流路抵抗(圧力損失)を発生させ、流量を制限する手段一般を含むものとする。このような流量制限部には、オリフィス絞り、流量制御弁、多孔質絞り、ベンチェリなどが含まれる。   Here, the flow rate restricting unit includes general means for restricting the flow rate by generating a channel resistance (pressure loss) by, for example, making a channel cross-sectional area of a part of a pipeline smaller than other parts. . Such a flow restricting unit includes an orifice restrictor, a flow control valve, a porous restrictor, a venturi and the like.

前述の可変バネ要素においては、付勢力伝達部材が可変バネ要素の伸縮に伴い中立位置から変位したときに圧力可変手段の設定が変更されて、圧縮ガスが各空気バネのガス室に導入又は排出された場合、各ガス室内の1ストロークを通じた平均ガス圧(定常的ガス圧)に差が生じ、付勢力伝達部材の中立位置が変化することが起こりうる。しかし、本発明によれば、圧力可変手段と各空気バネのガス室との間の圧縮ガスの流量を制限することによって、圧力可変手段の設定変更後に、ある程度の時間をかけて各空気バネのガス室の内圧を変化させることができる。その結果、可変バネ要素が中立位置以外の位置にあるときに圧力可変手段の設定圧力が変更されても、各ガス室内の圧力変化が完了するまでの間に可変バネ要素が伸縮するため、各ガス室の定常的ガス圧が圧力可変手段の設定を変更するタイミングに左右されにくくなる。これによって、各ガス室の定常的ガス圧を均等に近づけることができ、付勢力伝達部材の中立位置を維持できる。
以降の説明において、「中立位置」とは、上下のガス室の圧力が均衡し、復元力が零となる位置を意味する。
In the above-described variable spring element, the setting of the pressure variable means is changed when the urging force transmission member is displaced from the neutral position as the variable spring element expands and contracts, and compressed gas is introduced into or discharged from the gas chamber of each air spring. In this case, there is a difference in the average gas pressure (steady gas pressure) through one stroke in each gas chamber, and the neutral position of the urging force transmission member may change. However, according to the present invention, by restricting the flow rate of the compressed gas between the pressure variable means and the gas chamber of each air spring, it takes some time after changing the setting of the pressure variable means. The internal pressure of the gas chamber can be changed. As a result, even if the set pressure of the pressure variable means is changed when the variable spring element is at a position other than the neutral position, the variable spring element expands and contracts until the pressure change in each gas chamber is completed. The steady gas pressure in the gas chamber is less affected by the timing of changing the setting of the pressure variable means. As a result, the steady gas pressures of the gas chambers can be made closer to each other, and the neutral position of the urging force transmission member can be maintained.
In the following description, the “neutral position” means a position where the pressures in the upper and lower gas chambers are balanced and the restoring force becomes zero.

本発明のパンタグラフは、前記圧力可変手段が、各空気バネのガス室の圧力変更時以外であっても、該圧力可変手段と前記流量制限部との間の圧力を所定値に維持することが好ましい。   In the pantograph of the present invention, the pressure varying means can maintain the pressure between the pressure varying means and the flow rate restricting unit at a predetermined value even when the pressure of the gas chamber of each air spring is not changed. preferable.

この場合、仮に各ガス室間に定常的ガス圧の差が生じ、可変バネ要素の中立位置がずれた場合であっても、可変バネ要素の使用中(ストローク中)にこのガス圧の差を徐々に是正して、中立位置を元の位置に戻すことができる。   In this case, even if a steady gas pressure difference occurs between the gas chambers and the neutral position of the variable spring element is shifted, the difference in gas pressure is reduced while the variable spring element is in use (during a stroke). You can gradually correct and return the neutral position to the original position.

本発明のパンタグラフは、前記第1の空気バネのガス室と前記第2の空気バネのガス室とを連通させる管路と、該管路に設けられた流量制限部と、を備える構成とすることができる。   The pantograph of the present invention is configured to include a conduit that communicates the gas chamber of the first air spring and the gas chamber of the second air spring, and a flow rate limiting portion provided in the conduit. be able to.

本発明によれば、可変バネ要素が中立位置以外の位置にあるときに圧力可変手段の設定が変更されて、各ガス室内の定常的ガス圧に差が生じ、可変バネ要素の中立位置が変化した場合でも、管路を通じて定常的圧力が高い側から低い側へ圧縮ガスが流れ、定常的圧力を均等にすることができる。この際、管路に流量制限部を設けたことによって、可変バネ要素のストロークによって発生する一時的な各バネのガス室の圧力差は保持されるので、バネとしての効果も確保できる。   According to the present invention, when the variable spring element is in a position other than the neutral position, the setting of the pressure variable means is changed, a difference occurs in the steady gas pressure in each gas chamber, and the neutral position of the variable spring element changes. Even in this case, the compressed gas flows from the high steady pressure side to the low steady pressure side through the conduit, and the steady pressure can be made uniform. At this time, by providing the flow restricting portion in the pipe line, the temporary pressure difference between the gas chambers of each spring generated by the stroke of the variable spring element is maintained, so that the effect as a spring can be secured.

本発明のパンタグラフは、前記圧力可変手段が、前記第1の空気バネのガス室及び第2の空気バネのガス室の圧力変更時以外はこれらのガス室から遮断されることが好ましい。   In the pantograph of the present invention, it is preferable that the pressure variable means is cut off from these gas chambers except when the pressure of the gas chamber of the first air spring and the gas chamber of the second air spring is changed.

以上のように、本発明によれば、集電摺動部がトロリ線によって加振される周波数に応じて、集電摺動部をトロリ線方向に付勢する可変バネ要素のバネ定数を変更することによって、良好な追随振幅が得られる周波数帯をシフトさせてパンタグラフの追随特性を向上することができる。   As described above, according to the present invention, the spring constant of the variable spring element that biases the current collector sliding portion in the direction of the trolley wire is changed according to the frequency at which the current collector sliding portion is excited by the trolley wire. By doing this, it is possible to improve the tracking characteristics of the pantograph by shifting the frequency band in which a good tracking amplitude is obtained.

<第1の実施形態>
以下、図面を参照しつつ本発明を適用したパンタグラフの第1の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、通常の鉄道車両の技術におけるのと同様に、レールの長手方向(車両の進行方向)を前後方向、軌道面におけるレール長手方向と直角をなす方向を左右方向(車幅方向)、軌道面に垂直な方向を上下方向と呼ぶ。
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of a pantograph to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings. In the following description, the rail longitudinal direction (vehicle traveling direction) is the front-rear direction and the direction perpendicular to the rail longitudinal direction on the track surface is the left-right direction (vehicle width), as in the ordinary railcar technology. Direction), the direction perpendicular to the track surface is called the up-down direction.

図1は、第1の実施形態のパンタグラフを車両の進行方向から見た模式的正面図である。図1(a)はパンタグラフの全体を示しており、図1(b)は図1(a)のb部拡大図である。
パンタグラフ1は、舟体10、台枠20、枠体30等を備え、舟体10と枠体30との間には空気バネユニット100が設けられている。
FIG. 1 is a schematic front view of the pantograph of the first embodiment viewed from the traveling direction of the vehicle. Fig.1 (a) has shown the whole pantograph, FIG.1 (b) is the b section enlarged view of Fig.1 (a).
The pantograph 1 includes a boat body 10, a base frame 20, a frame body 30, and the like, and an air spring unit 100 is provided between the boat body 10 and the frame body 30.

舟体10は、ほぼ車幅方向に沿って伸びた梁状の部材であって、すり板体11を備える。舟体10は、本発明にいう集電摺動部である。
すり板体11は、トロリ線(給電線・架線)Tに接触し、車両の走行時にはトロリ線Tと摺動して導通を確保するプレート状の部材である。すり板体11は、例えば鉄系や銅系の焼結合金製、あるいは、カーボン系材料からなる。トロリ線Tは、ほぼ車両の進行方向に沿って伸びているが、すり板体11の局所的な摩耗を防止するため、すり板体11の有効幅内において蛇行して配置されている。
また、舟体10には、その下側に突き出して形成され、空気バネユニット100と接続される接続ステー12が設けられている。この接続ステー12は、車幅方向に離間して1対が設けられている。
The boat body 10 is a beam-like member extending substantially along the vehicle width direction, and includes a sliding plate body 11. The boat body 10 is a current collecting sliding portion referred to in the present invention.
The ground plate 11 is a plate-like member that comes into contact with the trolley wire (feeding line / overhead wire) T and slides with the trolley wire T to ensure electrical conduction when the vehicle is traveling. The ground plate body 11 is made of, for example, an iron-based or copper-based sintered alloy, or made of a carbon-based material. The trolley line T extends substantially along the traveling direction of the vehicle, but is arranged in a meandering manner within the effective width of the sliding plate body 11 in order to prevent local wear of the sliding plate body 11.
Further, the boat body 10 is provided with a connection stay 12 that protrudes downward from the boat body 10 and is connected to the air spring unit 100. The connection stays 12 are provided in a pair spaced apart in the vehicle width direction.

台枠20は、車体の屋根に固定され、パンタグラフ1の基部として機能する部分である。また、台枠20と車体屋根との間には、絶縁用の碍子21が設けられている。   The underframe 20 is a part that is fixed to the roof of the vehicle body and functions as the base of the pantograph 1. Further, an insulator 21 for insulation is provided between the underframe 20 and the vehicle body roof.

枠体(支持機構)30は、舟体10を車体に対して上下方向に変位可能に支持するリンク機構を備えている。枠体30は、すり板体11がトロリ線Tに当接した上昇状態と、パンタグラフ1の不使用時にすり板体11がトロリ線Tから離間した下降状態とをとることができる。
枠体30は、上枠31、下枠32、ヒンジ33、天井管34等を備えている。
The frame body (support mechanism) 30 includes a link mechanism that supports the boat body 10 so as to be displaceable in the vertical direction with respect to the vehicle body. The frame body 30 can be in an elevated state in which the sliding plate body 11 is in contact with the trolley line T and a lowered state in which the sliding plate body 11 is separated from the trolley line T when the pantograph 1 is not used.
The frame 30 includes an upper frame 31, a lower frame 32, a hinge 33, a ceiling tube 34, and the like.

上枠31、下枠32は、枠体30の上部、下部をそれぞれ構成するレバー状の部材である。
ヒンジ33は、上枠31の下端部と下枠32の上端部とを相互に揺動可能に接続するものである。
天井管34は、上枠31の上端部に接続され、車幅方向にほぼ沿って梁状に伸びた部材であって、舟体10を空気バネユニット100を介して支持するものである。
また、枠体30は、天井管34がトロリ線T方向に押し上げられる方向に付勢する図示しない枠体付勢バネ要素を備えている。
The upper frame 31 and the lower frame 32 are lever-like members that respectively constitute the upper part and the lower part of the frame body 30.
The hinge 33 connects the lower end portion of the upper frame 31 and the upper end portion of the lower frame 32 so as to be able to swing with each other.
The ceiling pipe 34 is connected to the upper end portion of the upper frame 31 and extends in a beam shape substantially along the vehicle width direction, and supports the boat body 10 via the air spring unit 100.
In addition, the frame body 30 includes a frame body biasing spring element (not shown) that biases the ceiling tube 34 in a direction in which the ceiling tube 34 is pushed up in the direction of the trolley line T.

空気バネユニット100は、舟体10の接続ステー12と枠体30の天井管34との間に設けられ、そのバネ定数を変更可能な可変バネ要素(可変剛性機構)である。
空気バネユニット100は、ピストン110を上下に挟んで1対のローリングダイアフラム型空気バネを対向配置したものである。空気バネユニット100は、ピストン110、上部空気バネ120、下部空気バネ130を備えている。
The air spring unit 100 is a variable spring element (variable rigidity mechanism) that is provided between the connection stay 12 of the boat body 10 and the ceiling pipe 34 of the frame body 30 and that can change the spring constant.
The air spring unit 100 has a pair of rolling diaphragm type air springs opposed to each other with a piston 110 interposed therebetween. The air spring unit 100 includes a piston 110, an upper air spring 120, and a lower air spring 130.

図2は、空気バネユニット100の模式的断面図である。図2(a)は無負荷(ピストン中間位置)状態を示し、図2(b)はピストン110がフランジ部111を介して下向きの入力Fで押下げられた状態を示している。
ピストン(付勢力伝達部材)110は、円柱状に形成されて長手方向を上下方向にほぼ沿わせて配置されている。ピストン110の上端部及び下端部は、上部空気バネ120、下部空気バネ130内にそれぞれ挿入され、これらの各空気バネによって押圧される。
また、ピストン110は、その長手方向における中間部の外周面からつば状に張り出したフランジ部111を備えている。舟体10の接続ステー12は、このフランジ部111に固定される。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the air spring unit 100. FIG. 2A shows a no-load (piston intermediate position) state, and FIG. 2B shows a state in which the piston 110 is pushed down by the downward input F through the flange portion 111.
The piston (biasing force transmission member) 110 is formed in a columnar shape, and is disposed so that the longitudinal direction thereof is substantially along the vertical direction. The upper end and the lower end of the piston 110 are inserted into the upper air spring 120 and the lower air spring 130, respectively, and are pressed by these air springs.
Moreover, the piston 110 is provided with a flange portion 111 projecting in a collar shape from the outer peripheral surface of the intermediate portion in the longitudinal direction. The connection stay 12 of the boat body 10 is fixed to the flange portion 111.

上部空気バネ120は、ピストン110の上部に設けられ、ピストン110の上端部を下向きに付勢する。
下部空気バネ130は、ピストン110の下部に設けられ、ピストン110の下端部を上向きに付勢する。
上部空気バネ120及び下部空気バネ130は、タンク121,131、ダイアフラム122,132、ストッパ123,133等をそれぞれ備えている。
The upper air spring 120 is provided on the upper portion of the piston 110 and urges the upper end portion of the piston 110 downward.
The lower air spring 130 is provided at the lower part of the piston 110 and biases the lower end of the piston 110 upward.
The upper air spring 120 and the lower air spring 130 are provided with tanks 121 and 131, diaphragms 122 and 132, stoppers 123 and 133, respectively.

タンク121,131は、空気バネの作動流体である圧縮空気を貯留する圧力容器である。タンク121,131は、その中心軸方向をピストン110とほぼ一致させかつ同心に配置された円筒状に形成されている。これらのタンク121の上端部及びタンク131の下端部は、平板状の端面によって閉塞されている。
ダイアフラム122,132は、例えばゴム等の弾性を有する材料の膜体によって形成されたローリングダイアフラムである。これらのダイアフラム122,132は、上側のタンク121の下端部開口、下側のタンク131の上端部開口をそれぞれ閉塞している。また、各ダイアフラム122,132の中央部はピストン110の上端部、下端部をそれぞれ包み込んだ状態でピストン110と当接しており、ピストン110に圧縮空気が生ずる反発力(付勢力)を伝達する。なお、タンク121,131及びダイアフラム122,132によって閉塞された空間部は、各空気バネの作動気体である圧縮空気が充填された気室となっている。各気室内の圧縮空気は、ピストン110の変位に応じて断熱膨張又は断熱圧縮される。
The tanks 121 and 131 are pressure vessels that store compressed air that is a working fluid of an air spring. The tanks 121 and 131 are formed in a cylindrical shape in which the central axis direction is substantially coincident with the piston 110 and is concentrically arranged. The upper end portion of the tank 121 and the lower end portion of the tank 131 are closed by a flat end surface.
The diaphragms 122 and 132 are rolling diaphragms formed by a film body made of an elastic material such as rubber. These diaphragms 122 and 132 close the lower end opening of the upper tank 121 and the upper end opening of the lower tank 131, respectively. Further, the central portions of the diaphragms 122 and 132 are in contact with the piston 110 in a state where the upper end portion and the lower end portion of the piston 110 are respectively wrapped, and transmit a repulsive force (biasing force) that generates compressed air to the piston 110. In addition, the space part obstruct | occluded by the tanks 121 and 131 and the diaphragms 122 and 132 becomes an air chamber filled with compressed air that is a working gas of each air spring. The compressed air in each air chamber is adiabatically expanded or compressed in accordance with the displacement of the piston 110.

ストッパ123,133は、ダイアフラム122,132を保持するとともに、その変形態様を規制するための部材である。各ストッパ123,133は、上側のタンク121の下端部開口縁、あるいは下側のタンク131の上端部開口縁に、各タンクとほぼ同心となるようにそれぞれ装着されたリング状の部材である。各ストッパ123,133の内周面は、ピストン110の外周面と所定の間隔Sを隔てて対向して配置されている。この間隔Sには、ダイアフラム122,132の周辺部と中心部の間のリング状の部分が屈曲した状態で収容される。   The stoppers 123 and 133 are members for holding the diaphragms 122 and 132 and restricting the deformation mode. Each of the stoppers 123 and 133 is a ring-shaped member that is attached to the lower end opening edge of the upper tank 121 or the upper end opening edge of the lower tank 131 so as to be substantially concentric with each tank. The inner peripheral surfaces of the stoppers 123 and 133 are arranged to face the outer peripheral surface of the piston 110 with a predetermined interval S therebetween. In this interval S, the ring-shaped part between the peripheral part and the center part of the diaphragms 122 and 132 is accommodated in a bent state.

空気バネユニット100は、以下説明する圧力可変手段140を備えている。
図3は、圧力可変手段140の構成を示すブロック図である。
圧力可変手段140は、空気溜め141、管路142,143、比例リリーフ弁144,145、制御装置C等を備えている。
The air spring unit 100 includes pressure varying means 140 described below.
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the pressure varying means 140.
The pressure varying means 140 includes an air reservoir 141, pipe lines 142 and 143, proportional relief valves 144 and 145, a control device C, and the like.

空気溜め141は、図示しないコンプレッサと接続されており、車両の動力用、制御用に用いられる圧縮空気を貯留する圧力容器である。空気溜め141の内圧は、空気バネユニット100のタンク121,131の使用状態における最高内圧よりも高い状態に維持されている。
管路142,143は、空気溜め141と空気バネユニット100のタンク121,131との間をつないでいる。
The air reservoir 141 is a pressure vessel that is connected to a compressor (not shown) and stores compressed air used for vehicle power and control. The internal pressure of the air reservoir 141 is maintained at a state higher than the maximum internal pressure in the usage state of the tanks 121 and 131 of the air spring unit 100.
The pipe lines 142 and 143 connect the air reservoir 141 and the tanks 121 and 131 of the air spring unit 100.

比例リリーフ弁144,145は、管路142,143の途中にそれぞれ設けられ、空気バネユニット100のタンク121,131の内圧を調整するものである。
比例リリーフ弁144,145は、例えば電流制御によって設定された目標圧力よりもタンク121,131の内圧が低い場合には、空気溜め141内の圧縮空気を導入して目標圧力まで昇圧する。一方、タンク121,131の内圧が目標圧力よりも高い場合には、これらタンク121,131内の空気をエアベントから大気開放して目標圧力まで減圧する。
制御装置Cは、車両の走行速度に関する情報を取得して、この走行速度に応じて比例リリーフ弁144,145を制御するCPUを備えている。具体的な制御手法については、以下詳しく説明する。
The proportional relief valves 144 and 145 are provided in the middle of the pipe lines 142 and 143, respectively, and adjust the internal pressure of the tanks 121 and 131 of the air spring unit 100.
For example, when the internal pressure of the tanks 121 and 131 is lower than the target pressure set by current control, the proportional relief valves 144 and 145 introduce compressed air in the air reservoir 141 to increase the pressure to the target pressure. On the other hand, when the internal pressures of the tanks 121 and 131 are higher than the target pressure, the air in the tanks 121 and 131 is released from the air vent to the atmosphere and reduced to the target pressure.
The control device C includes a CPU that acquires information related to the traveling speed of the vehicle and controls the proportional relief valves 144 and 145 according to the traveling speed. A specific control method will be described in detail below.

次に、本実施形態におけるパンタグラフの制御方法(追随特性向上方法)について説明する。
この制御方法は、車両の広い速度帯域においてパンタグラフの追随振幅特性を向上させることを主眼においたものである。ここで、追随振幅とは、車両の走行時にパンタグラフの集電摺動部がトロリ線の上下方向変位等によって加振された際に、離線することなくトロリ線に追随可能な最大振幅をいう。この追随振幅特性は、パンタグラフの集電性能を評価する代表的指針である。これを数値的に評価する一つの方法として、単純なバネ−質点モデルを用いることができる。
Next, a pantograph control method (following characteristic improving method) in the present embodiment will be described.
This control method is intended to improve the following amplitude characteristic of the pantograph in a wide speed band of the vehicle. Here, the following amplitude refers to the maximum amplitude that can follow the trolley line without being separated when the current collector sliding portion of the pantograph is vibrated by the vertical displacement of the trolley line or the like when the vehicle is traveling. This following amplitude characteristic is a typical guideline for evaluating the current collection performance of the pantograph. As a method for numerically evaluating this, a simple spring-mass model can be used.

図4は、追随振幅特性の評価に用いられるバネ−質点モデルを示す図である。
追随振幅は周波数応答であって、例えば、ハンガの配置間隔等に起因する所定の周期の正弦波状に高さ変化を有する剛体トロリ線をパンタグラフが摺動しながら走行する場合に、離線を起こすことなく走行可能なトロリ線凹凸の最大振幅を意味する。
FIG. 4 is a diagram showing a spring-mass model used for evaluation of the tracking amplitude characteristic.
The following amplitude is a frequency response, and for example, when a pantograph slides on a rigid trolley wire having a height change in a sine wave shape of a predetermined period due to the arrangement interval of hangers, etc., it causes separation. This means the maximum amplitude of the trolley wire unevenness that can be run without any problems.

図5は、パンタグラフの追随振幅特性の一例を示すグラフである。グラフの横軸は振動周波数を示し、縦軸は追随振幅を示している。追随振幅は、低い周波数では大きく、周波数が高くなるにつれて低下する傾向を有する。ただし、追随振幅は周波数に対して単純減少するのではなく、いくつかのピークと谷が現れることが一般的である。
これらのピークが現れる周波数(卓越周波数)と谷が現れる周波数は、図4に示す質量m,mと剛性kによって決定される。また、トロリ線凹凸の周波数は、ハンガ等の
出現周期と列車の走行速度とで決まると考えることができる。ハンガの出現周期をL、列車の走行速度をVとすると、トロリ線凹凸の周波数fは、f=V/Lで与えられる。
FIG. 5 is a graph showing an example of the following amplitude characteristic of the pantograph. The horizontal axis of the graph indicates the vibration frequency, and the vertical axis indicates the tracking amplitude. The tracking amplitude is large at a low frequency and tends to decrease as the frequency increases. However, the following amplitude does not simply decrease with respect to the frequency, but generally several peaks and valleys appear.
The frequency at which these peaks appear (dominant frequency) and the frequency at which the valleys appear are determined by the masses m 1 and m 2 and the stiffness k 1 shown in FIG. Moreover, it can be considered that the frequency of the trolley line unevenness is determined by the appearance cycle of hangers and the traveling speed of the train. When the appearance period of the hanger is L and the traveling speed of the train is V, the frequency f of the trolley line unevenness is given by f = V / L.

したがって、追随性能の良いピークが現れる周波数(二番目の卓越周波数)を、ハンガ等に起因するトロリ線の凹凸波長と列車の走行速度で決まる周波数にほぼ一致させることができれば、追随振幅特性が良好な状態で走行することができる。しかし、列車の速度は変化するため、図5のような追随振幅特性の良い周波数帯域が狭いパンタグラフを用いている場合は、広範な速度範囲にわたって良好な特性を維持することは困難である。そこで、本発明においては、トロリ線による舟体への加振周波数に相関するパラメータである車両の走行速度に応じて、追随振幅特性を変化させ、その時の速度で良好な追随振幅特性となるようにする着想の下、空気バネユニット100のバネ定数を変更している。   Therefore, if the frequency at which the peak with good tracking performance appears (the second dominant frequency) can be made to substantially coincide with the frequency determined by the uneven wavelength of the trolley wire caused by the hanger, etc. and the traveling speed of the train, the tracking amplitude characteristic is good. It is possible to travel in a state. However, since the speed of the train changes, it is difficult to maintain good characteristics over a wide speed range when using a pantograph with a narrow frequency band with good following amplitude characteristics as shown in FIG. Therefore, in the present invention, the following amplitude characteristic is changed in accordance with the traveling speed of the vehicle, which is a parameter correlated with the excitation frequency of the boat body by the trolley wire, and the good following amplitude characteristic is obtained at the speed at that time. The spring constant of the air spring unit 100 is changed under the idea of

図4において、mは舟体10、すり板体11、空気バネユニット100のピストン110の質量の和であり、mは枠体30等の質量である。また、可変剛性機構である空気バネユニット100のバネ定数(剛性)をkで表す。さらに、枠体30は、静押上力Fで空気バネユニット100を押し上げている。c,cは減衰定数である。質点m,mの変位をx,x(上向きを正)と表し、質点mに作用するトロリ線Tの接触力をFcとおくと、図4の振動系の運動方程式は、以下の式1のように与えられる。
In FIG. 4, m p is the sum of the masses of the boat body 10, the sliding plate body 11, and the piston 110 of the air spring unit 100, and m 2 is the mass of the frame body 30 and the like. Also represent the spring constant of the air spring unit 100 is a variable stiffness mechanism (stiffness) at k 1. Further, the frame body 30 is pushed up the air spring unit 100 in static pushing force F s. c 1 and c 2 are attenuation constants. When the displacement of the mass point m p , m 2 is expressed as x 1 , x 2 (upward is positive) and the contact force of the trolley line T acting on the mass point m p is Fc, the equation of motion of the vibration system of FIG. The following equation 1 is given.

上記した式1は、以下の式2のように行列表記することができる。
The above Equation 1 can be expressed as a matrix as Equation 2 below.

パンタグラフがトロリ線凹凸により角周波数ωで周期的に振動していると仮定する。この振動は接触力変動によって引き起こされるものであるから、外力ベクトルは直流成分であるFsからの変動のみを考えればよい。しがたって、外力の変動Fを用いて、以下の式3のように表わすことができる。

また、各質点の変位は、式4のように表わすことができる。

式2に式3と式4を代入すると、以下の式5が得られる。
Assume that the pantograph vibrates periodically at an angular frequency ω due to the trolley line irregularities. Since this vibration is caused by contact force fluctuations, the external force vector need only consider fluctuations from Fs, which is a DC component. Therefore, it can be expressed as the following Expression 3 using the fluctuation F 1 of the external force.

Also, the displacement of each mass point can be expressed as in Equation 4.

Substituting Equation 3 and Equation 4 into Equation 2, the following Equation 5 is obtained.

式5は接触力変動とパンタグラフの各質点変位との関係を表わしており、パンタグラフが離線しない条件は、接触力変動の大きさが静押上力Fsを超えないことである。そこで、離線を生じない最大の振幅、つまり追随振幅は、式3にF=Fsを代入し、式6で表わされるXの絶対値を求めることによって得ることができる。
Equation 5 represents the relationship between the contact force fluctuation and the mass point displacement of the pantograph. The condition that the pantograph does not derail is that the magnitude of the contact force fluctuation does not exceed the static lifting force Fs. Therefore, the maximum amplitude that does not cause separation, that is, the following amplitude, can be obtained by substituting F 1 = Fs into Equation 3 and obtaining the absolute value of X 1 represented by Equation 6.

ここで、接触力変動の角周波数ωは、ハンガ等の凹凸波長Lと列車走行速度Vによって、式7のように表わされる。
Here, the angular frequency ω of the contact force fluctuation is expressed as in Expression 7 by the uneven wavelength L of the hanger or the like and the train traveling speed V.

図6は、空気バネユニット100のバネ定数(剛性)を変化させた場合の追随振幅特性の変化の一例を示すグラフである。
計算に際し、各パラメータは以下の通り設定した。
=10.3(kg)
=11.2(kg)
=50(Ns/m)
=80(Ns/m)
=14700(N/m)
Fs=50(N)
L=5(m)
FIG. 6 is a graph showing an example of changes in the tracking amplitude characteristics when the spring constant (rigidity) of the air spring unit 100 is changed.
In the calculation, each parameter was set as follows.
m 1 = 10.3 (kg)
m 2 = 11.2 (kg)
c 1 = 50 (Ns / m)
c 2 = 80 (Ns / m)
k 0 = 14700 (N / m)
Fs = 50 (N)
L = 5 (m)

図6中の破線は、空気バネユニット100のバネ定数を連続的に変化させたときのピークの点の軌跡をプロットしたものである。図6からバネ定数を変化させることによって、追随振幅特性のピークが現れる列車走行速度が大きくなることがわかる。そこで、本実施形態のパンタグラフにおいては、列車走行速度の増加に応じて、空気バネユニット100のバネ定数を増加させる制御を行う。   The broken line in FIG. 6 plots the locus of the peak point when the spring constant of the air spring unit 100 is continuously changed. It can be seen from FIG. 6 that the train traveling speed at which the peak of the following amplitude characteristic appears is increased by changing the spring constant. Therefore, in the pantograph of the present embodiment, control is performed to increase the spring constant of the air spring unit 100 in accordance with an increase in train traveling speed.

ここで、空気バネユニット100のバネ定数kは、ピストン110の変位時における内部空気の状態変化が断熱変化であるとすると以下の式8によって表される。

ただし、
γ:断熱指数(空気の場合には約1.4)
A:ピストン110の断面積
:初期状態における上側空気バネ120及び下側空気バネ130の内圧
:初期状態における上側空気バネ120及び下側空気バネ130の容積
Here, the spring constant k of the air spring unit 100 is expressed by the following formula 8 assuming that the change in the state of the internal air when the piston 110 is displaced is an adiabatic change.

However,
γ: Adiabatic index (about 1.4 for air)
A: Cross-sectional area of piston 110 P 0 : Internal pressure of upper air spring 120 and lower air spring 130 in the initial state V 0 : Volume of upper air spring 120 and lower air spring 130 in the initial state

したがって、空気バネユニット100のバネ定数kは、初期状態における上側空気バネ120及び下側空気バネ130の内圧Pに比例することから、圧力可変手段の制御装置Cは、列車の走行速度増加に応じて比例リリーフ弁144,145を制御して、この内圧P0を増加させる制御を行い、車両の減速時には内圧P0を減圧する制御を行う。
このような圧力を変更する制御は、例えば、車速の変化に応じて連続的に行うようにしてもよく、また、段階的に行うようにしてもよい。
Therefore, since the spring constant k of the air spring unit 100 is proportional to the internal pressure P 0 of the upper air spring 120 and the lower air spring 130 in the initial state, the control device C of the pressure variable means increases the train traveling speed. Accordingly, the proportional relief valves 144 and 145 are controlled to increase the internal pressure P0, and when the vehicle is decelerated, the internal pressure P0 is reduced.
Such control for changing the pressure may be performed continuously according to a change in the vehicle speed, or may be performed stepwise.

以上説明した第1の実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)列車の走行速度増加に応じて、空気バネユニット100のタンク121,131の内圧を向上させ、バネ定数を増加させることによって、舟体10のトロリ線Tへの追随振幅特性のピークを周波数が高い方向へシフトさせることができる。これによって、列車の走行速度が広範な範囲で変化した場合であっても、各速度に対応した良好な追随振幅特性を得て離線の発生を低減することができる。
(2)例えば複数の舟体を備える等、パンタグラフの構造を大きく変更する必要がないことから、パンタグラフの構造を簡素化するとともに、既存のパンタグラフにも比較的小規模の改修によって容易に適用することができる。
(3)舟体10の付勢に空気バネを用いることによって、比例リリーフ弁の電流制御による内圧の調整によって簡単にバネ定数の変更を行うことができる。また、作動流体となる圧縮空気は、車両の制御用等に用いられるものを利用できるため、既存の鉄道車両に容易に適用することができる。
According to the first embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) By increasing the internal pressure of the tanks 121 and 131 of the air spring unit 100 and increasing the spring constant in accordance with the increase in the train traveling speed, the peak of the following amplitude characteristic of the boat body 10 to the trolley line T is obtained. The frequency can be shifted in the higher direction. As a result, even when the traveling speed of the train changes in a wide range, it is possible to obtain a good tracking amplitude characteristic corresponding to each speed and reduce the occurrence of separation lines.
(2) Since there is no need to greatly change the structure of the pantograph, for example, by providing a plurality of hulls, the structure of the pantograph is simplified, and it is easily applied to existing pantographs with relatively small modifications. be able to.
(3) By using an air spring for urging the boat body 10, the spring constant can be easily changed by adjusting the internal pressure by controlling the current of the proportional relief valve. Moreover, since the compressed air used as a working fluid can utilize what is used for the control of a vehicle, etc., it can be easily applied to the existing railway vehicle.

<第2の実施形態>
次に本発明を適用したパンタグラフの第2の実施形態について、図7を参照しつつ説明する。図7は、本発明を適用したパンタグラフの第2の実施形態における容積可変手段の構成を示すブロック図である。なお、以下説明する各実施形態において、従前の各実施形態と同様の部分については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
第2の実施形態のパンタグラフは、第1の実施形態における圧力可変手段140に代えて、以下説明する容積可変手段150を備えたものである。
容積可変手段150は、空気バネユニット100の上側空気バネ120、下側空気バネユニット130に同様のものがそれぞれ設けられている。容積可変手段150は、各空気バネのタンク121,131と複数のサブタンク151との連通又は遮断を切り替えることによって、空気バネの気室容積を段階的に変更し、空気バネユニット100のバネ定数を変更するものである。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the pantograph to which the present invention is applied will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the volume varying means in the second embodiment of the pantograph to which the present invention is applied. In each embodiment described below, the same parts as those in the previous embodiments are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and differences are mainly described.
The pantograph of the second embodiment is provided with a volume variable means 150 described below instead of the pressure variable means 140 in the first embodiment.
The same volume variable means 150 is provided in the upper air spring 120 and the lower air spring unit 130 of the air spring unit 100, respectively. The volume varying means 150 changes the air chamber volume of the air spring in stages by switching the communication or blocking between the tanks 121 and 131 of each air spring and the plurality of sub tanks 151, thereby changing the spring constant of the air spring unit 100. To change.

容積可変手段150は、サブタンク151(151a,151b・・)、管路152、バルブ153等を備えている。
サブタンク151は、それぞれ容積V,V・・を有する複数のサブタンク151a,151b・・からなる。
The volume varying means 150 includes a sub tank 151 (151a, 151b...), A pipe line 152, a valve 153, and the like.
Sub tank 151, a plurality of sub-tanks 151a having a volume V 1, V 2 · · respectively, consists 151b · ·.

管路152は、一方の端部を上側空気バネ120のタンク121、又は、下側空気バネ130のタンク131に接続され、他方の端部は分岐して各サブタンク151(151a,151b・・)にそれぞれ接続されている。
バルブ153は、各サブタンク151(151a,151b・・)に接続された管路152の分岐部にそれぞれ設けられている。バルブ153は、各サブタンク151(151a,151b・・)がタンク121又はタンク131と連通した状態と遮断された状態とを、制御装置Cからの信号に応じて切換えるものである。
One end of the pipe line 152 is connected to the tank 121 of the upper air spring 120 or the tank 131 of the lower air spring 130, and the other end branches to each sub tank 151 (151 a, 151 b...). Are connected to each.
The valve 153 is provided at each branch portion of the pipe line 152 connected to each sub tank 151 (151a, 151b,...). The valve 153 switches between the state where each of the sub tanks 151 (151a, 151b,...) Communicates with the tank 121 or the tank 131 and the state where the sub tanks 151 (151a, 151b,.

ここで、タンク121,131の初期状態における容積がVである場合、管路152内の容積が無視し得る程度に小さいとすると、サブタンク151aのバルブ153を開いた場合、上述した式8におけるVに相当する全体の気室容積(右辺の分母)はV+Vに増大し、バネ定数はもとのV/(V+V)倍に低下する。したがって、サブタンク151のタンク121,131との連通、遮断を切換えることによって、空気バネユニット100のバネ定数を変更することができる。 Here, when the volume in the initial state of the tanks 121 and 131 is V 0 , assuming that the volume in the pipe line 152 is small enough to be ignored, when the valve 153 of the sub tank 151a is opened, total air chamber volume corresponding to V 0 (the denominator of the right side) is increased to V 0 + V 1, the spring constant is reduced to the original V 0 / (V 0 + V 1) times. Accordingly, the spring constant of the air spring unit 100 can be changed by switching between communication and blocking of the sub tank 151 with the tanks 121 and 131.

また、複数のサブタンク151のバルブ153を同時に開いたり、開くバルブ153の組み合わせ(連通されるサブタンク151の組み合わせ)を変えることによっても、稼動するサブタンク151の数が変化し、全体の気室容積の調整を行うことができる。
以上説明した第2の実施形態においても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
Also, the number of sub-tanks 151 to be operated can be changed by opening the valves 153 of the plurality of sub-tanks 151 at the same time or changing the combination of the open valves 153 (combination of the sub-tanks 151 communicated). Adjustments can be made.
Also in the second embodiment described above, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

<第3の実施形態>
本発明を適用したパンタグラフの第3の実施形態は、第1の実施形態の圧力可変手段140と第2の実施形態の容積可変手段150とを共に備えたものである。
図8は、第3の実施形態における圧力可変手段140及び容積可変手段150の構成を示すブロック図である。
第3の実施形態によれば、上述した各実施形態の効果に加えて、空気バネユニット100の各空気バネの気室容積及びその内圧をそれぞれ制御することによって、バネ定数をよりきめ細かく変更することができる。
<Third Embodiment>
The third embodiment of the pantograph to which the present invention is applied includes both the pressure variable means 140 of the first embodiment and the volume variable means 150 of the second embodiment.
FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the pressure varying means 140 and the volume varying means 150 in the third embodiment.
According to the third embodiment, in addition to the effects of the above-described embodiments, the spring constant can be changed more finely by controlling the air chamber volume and the internal pressure of each air spring of the air spring unit 100, respectively. Can do.

<第4の実施形態>
本発明を適用したパンタグラフの第4の実施形態は、第3の実施形態における容積可変手段150に代えて、以下説明する容積可変手段160を備えたものである。
図9は、第4の実施形態における圧力可変手段140及び容積可変手段160の構成を示すブロック図である。
<Fourth Embodiment>
The fourth embodiment of the pantograph to which the present invention is applied is provided with a volume variable means 160 described below instead of the volume variable means 150 in the third embodiment.
FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the pressure varying means 140 and the volume varying means 160 in the fourth embodiment.

容積可変手段160は、空気バネユニット100の上側空気バネ120、下側空気バネ130にそれぞれ設けられ、各タンク121,131とそれぞれ管路を介して連通したエアシリンダ161を備えている。
エアシリンダ161は、ほぼ円筒状に形成されたシリンダ内に、その筒軸方向に沿って移動可能なピストンを挿入したものである。このピストンは、制御装置Cによって制御される図示しないアクチュエータによって駆動され、シリンダ内を移動することによって、内部の容積を連続的に変更可能となっている。本実施形態においては、各空気バネ120,130の実質的な気室容積は、タンク121,131の容積にエアシリンダ161内の容積を加えたものとなる。したがって、エアシリンダ161内のピストンを移動させて内部の容積を変更することによって、空気バネユニット100のバネ定数を変更することができる。
The volume changing means 160 includes an air cylinder 161 that is provided in each of the upper air spring 120 and the lower air spring 130 of the air spring unit 100 and communicates with the tanks 121 and 131 via pipe lines.
The air cylinder 161 is obtained by inserting a piston that is movable along the cylinder axis direction into a cylinder formed in a substantially cylindrical shape. The piston is driven by an actuator (not shown) controlled by the control device C, and the internal volume can be continuously changed by moving in the cylinder. In the present embodiment, the substantial air chamber volume of each of the air springs 120 and 130 is obtained by adding the volume in the air cylinder 161 to the volume of the tanks 121 and 131. Therefore, the spring constant of the air spring unit 100 can be changed by moving the piston in the air cylinder 161 to change the internal volume.

なお、エアシリンダ161のピストンを移動して容積を大きくすると、そのままでは内部の空気が断熱膨張して圧力が下がり、逆にエアシリンダ161の容積を小さくすると圧力が上がることから、ピストンを駆動する際には、圧力の変化も考慮してピストンの駆動量を設定するか、あるいは、圧力可変手段140を利用して各空気バネ120,130の気室内圧力に無用な変化が出ないよう調整することが好ましい。
以上説明した第4の実施形態によれば、上述した第3の実施形態の効果に加えて、各空気バネ120,130の気室容積を連続的に変更することによって、空気バネユニット100のバネ定数を連続的(無段階)に変更することができるため、バネ定数をより緻密に制御することができる。
If the piston of the air cylinder 161 is moved and the volume is increased, the internal air is adiabatically expanded and the pressure is lowered. If the volume of the air cylinder 161 is decreased, the pressure is increased. In this case, the piston driving amount is set in consideration of the change in pressure, or the pressure variable means 140 is used to adjust the air spring pressure of the air springs 120 and 130 so that no unnecessary change occurs. It is preferable.
According to the fourth embodiment described above, in addition to the effects of the third embodiment described above, the springs of the air spring unit 100 are changed by continuously changing the air volume of the air springs 120 and 130. Since the constant can be changed continuously (steplessly), the spring constant can be controlled more precisely.

<第5の実施形態>
本発明を適用したパンタグラフの第5の実施形態は、第1の実施形態の空気バネユニット100に代えて、以下説明する空気バネユニット200を備えている。
図10は、空気バネユニット200の模式的断面図であって、図10(a)は無負荷状態を示し、図10(b)はピストン110が下向きの入力Fで押下げられた状態を示している。空気バネユニット200の上側空気バネ120、下側空気バネ130は、それぞれ補助スプリング124,134を備えている。
補助スプリング124,134は、ピストン110の軸心とほぼ同心に配置された金属製の圧縮コイルスプリングである。補助スプリング124の上端部は、タンク121の上側端面と接している。また、補助スプリング124の下端部は、ダイアフラム122を介してピストン110の上端部を押圧している。補助スプリング134は、下端部がタンク131の下側端面と接し、上端部はダイアフラム132を介してピストン110の下端部を押圧している。
<Fifth Embodiment>
The fifth embodiment of the pantograph to which the present invention is applied includes an air spring unit 200 described below instead of the air spring unit 100 of the first embodiment.
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the air spring unit 200. FIG. 10 (a) shows a no-load state, and FIG. 10 (b) shows a state where the piston 110 is pushed down by the downward input F. ing. The upper air spring 120 and the lower air spring 130 of the air spring unit 200 include auxiliary springs 124 and 134, respectively.
The auxiliary springs 124 and 134 are metal compression coil springs arranged substantially concentrically with the axis of the piston 110. The upper end portion of the auxiliary spring 124 is in contact with the upper end surface of the tank 121. Further, the lower end portion of the auxiliary spring 124 presses the upper end portion of the piston 110 via the diaphragm 122. The auxiliary spring 134 has a lower end contacting the lower end surface of the tank 131 and an upper end pressing the lower end of the piston 110 via the diaphragm 132.

ここで、補助スプリング124,134のバネ定数がkcoilであるとすると、空気バネユニット200のバネ定数は、以下の式9によって表される。

以上説明した第5の実施形態によれば、上述した第1の実施形態と同様の効果に加えて、空気圧、容積の制御だけでは所望のバネ定数(剛性)を得ることができない場合にも、補助スプリング124,134のバネ定数の設定によって、空気バネユニット200全体としてのバネ定数の設定自由度を向上することができる。また、空気バネユニット200の各空気バネ120,130に故障が発生した場合にも、フェイルセーフ性を確保することができる。
なお、本実施形態の空気バネユニット200は、上述した第2乃至第4の実施形態の空気バネユニット100の代替としても適用が可能である。
Here, assuming that the spring constants of the auxiliary springs 124 and 134 are k coil , the spring constant of the air spring unit 200 is expressed by the following Expression 9.

According to the fifth embodiment described above, in addition to the same effects as those of the first embodiment described above, even when the desired spring constant (rigidity) cannot be obtained only by controlling the air pressure and volume, By setting the spring constants of the auxiliary springs 124 and 134, the degree of freedom in setting the spring constant of the air spring unit 200 as a whole can be improved. Further, even when a failure occurs in each of the air springs 120 and 130 of the air spring unit 200, fail-safe property can be ensured.
Note that the air spring unit 200 of the present embodiment can also be applied as an alternative to the air spring unit 100 of the second to fourth embodiments described above.

<第6の実施形態>
本発明を適用したパンタグラフの第6の実施形態は、第1の実施形態の空気バネユニット100に代えて、以下説明する空気バネユニット300を備えている。
図11は、空気バネユニット300の模式的断面図であって、図11(a)は無負荷状態を示し、図11(b)はピストン110が下向きの入力Fで押下げられた状態を示している。
空気バネユニット300のピストン110は、第1の実施形態におけるフランジ部111に代えて、以下説明するロッド112を備えている。
<Sixth Embodiment>
The sixth embodiment of the pantograph to which the present invention is applied includes an air spring unit 300 described below, instead of the air spring unit 100 of the first embodiment.
11 is a schematic cross-sectional view of the air spring unit 300. FIG. 11 (a) shows a no-load state, and FIG. 11 (b) shows a state where the piston 110 is pushed down by the downward input F. ing.
The piston 110 of the air spring unit 300 includes a rod 112 described below instead of the flange portion 111 in the first embodiment.

ロッド112は、ピストン110の上端面、下端面からそれぞれ突き出して形成され、その先端は、タンク121,131の端面に形成された開口を貫通して、空気バネユニット300の上端部、下端部から突き出している。
タンク121,131の端面には、ロッド112をその長手方向に沿って移動可能に支持するとともに、圧縮空気の漏れを防止するシール121a,131aが備えられている。
空気バネユニット300は、タンク121,131が舟体10、枠体30の一方側に固定され、ロッド112の先端部が他方側に固定された状態でパンタグラフに組み込まれる。
以上説明した第6の実施形態においても、上述した第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、本実施形態の空気バネユニット300も、上述した第2乃至第4の実施形態の空気バネユニット100の代替として適用が可能である。
The rod 112 is formed so as to protrude from the upper end surface and the lower end surface of the piston 110, and the tip thereof penetrates the openings formed in the end surfaces of the tanks 121 and 131, from the upper end portion and the lower end portion of the air spring unit 300. It sticks out.
The end surfaces of the tanks 121 and 131 are provided with seals 121a and 131a that support the rod 112 so as to be movable along the longitudinal direction and prevent leakage of compressed air.
The air spring unit 300 is incorporated in a pantograph with the tanks 121 and 131 fixed to one side of the boat body 10 and the frame body 30 and the tip of the rod 112 fixed to the other side.
In the sixth embodiment described above, the same effect as that of the first embodiment described above can be obtained.
The air spring unit 300 of this embodiment can also be applied as an alternative to the air spring unit 100 of the second to fourth embodiments described above.

<第7の実施形態>
本発明を適用したパンタグラフの第6の実施形態は、第1の実施形態のローリングダイアフラム型の空気バネユニット100に代えて、以下説明するエアシリンダ型の空気バネユニット400を備えている。
図12は、空気バネユニット400の模式的透視図であって、図12(a)は無負荷状態を示し、図12(b)はピストン420が下向きの入力Fで押下げられた状態を示している。
空気バネユニット400は、シリンダ410、ピストン420、ロッド430、上側気室440、下側気室450を備えている。
<Seventh Embodiment>
The sixth embodiment of the pantograph to which the present invention is applied includes an air cylinder type air spring unit 400 described below in place of the rolling diaphragm type air spring unit 100 of the first embodiment.
12A and 12B are schematic perspective views of the air spring unit 400. FIG. 12A shows a no-load state, and FIG. 12B shows a state where the piston 420 is pushed down by the downward input F. ing.
The air spring unit 400 includes a cylinder 410, a piston 420, a rod 430, an upper air chamber 440, and a lower air chamber 450.

シリンダ410は、円筒状に形成され、その筒軸はほぼ上下方向に沿わせて配置されている。シリンダ410の上下の端部は平板状の端面によって閉塞され、この端面にはロッド430が挿入される開口が形成されている。また、この開口には、ロッド430の外周面との間で気密を保ちつつロッド430の軸方向移動を許容するシール手段が設けられている。   The cylinder 410 is formed in a cylindrical shape, and the cylinder axis thereof is arranged substantially along the vertical direction. The upper and lower ends of the cylinder 410 are closed by a flat end surface, and an opening into which the rod 430 is inserted is formed on this end surface. The opening is provided with sealing means that allows the rod 430 to move in the axial direction while maintaining airtightness with the outer peripheral surface of the rod 430.

ピストン420は円盤状に形成され、シリンダ410の軸方向に沿って移動可能な状態でシリンダ410内に挿入されている。ピストン420の外周縁部には、シリンダ410の内周面との間で気密を保つシール手段が設けられている。
ロッド430は、ピストン420の上面、下面からそれぞれ突き出して形成され、その上端部、下端部はシリンダ410の上下端面から突き出して配置されている。
The piston 420 is formed in a disc shape, and is inserted into the cylinder 410 so as to be movable along the axial direction of the cylinder 410. Sealing means for maintaining airtightness with the inner peripheral surface of the cylinder 410 is provided on the outer peripheral edge of the piston 420.
The rod 430 is formed to protrude from the upper surface and the lower surface of the piston 420, and the upper end portion and the lower end portion thereof are disposed to protrude from the upper and lower end surfaces of the cylinder 410.

上側気室440、下側気室450は、それぞれシリンダ410の内部におけるピストン420よりも上側、下側の領域に形成される。
そして、第1の実施形態と同様の圧力可変手段140の各管路142,143は、これらの上側気室440、下側気室450にそれぞれ接続される。
以上説明した第7の実施形態においても、上述した第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、本実施形態の空気バネユニット400は、上述した第2乃至第4の実施形態の空気バネユニット100の代替としても適用が可能である。
The upper air chamber 440 and the lower air chamber 450 are formed in regions above and below the piston 420 inside the cylinder 410, respectively.
And each pipe line 142,143 of the pressure variable means 140 similar to 1st Embodiment is connected to these upper side air chambers 440 and the lower side air chamber 450, respectively.
In the seventh embodiment described above, the same effect as that of the first embodiment described above can be obtained.
Note that the air spring unit 400 of the present embodiment can also be applied as an alternative to the air spring unit 100 of the second to fourth embodiments described above.

<第8の実施形態>
本発明を適用したパンタグラフの第8の実施形態は、第1の実施形態の両押し型(対向型)の空気バネユニット100に代えて、以下説明する片押し型の空気バネユニット500を備えている。
図13は、空気バネユニット500の模式的断面図である。
空気バネユニット500は、第1の実施形態の空気バネユニット100から上側空気バネ120を省略した構成となっており、ピストン110を下側空気バネ130のみによって付勢するようになっている。
したがって、圧力可変手段140の管路は、下側空気バネ130のタンク131のみに接続される。
そして、空気バネユニット500のバネ定数は、以下の式10によって表される。

以上説明した第8の実施形態においては、圧力等の変更によってピストン110の中立位置が変位することを考慮した制御をする必要はあるが、空気バネユニットの構成を簡素化してパンタグラフを軽量化、小型化することができる。
また、下側空気バネ130のタンク131には、上述した容積可変手段150,160を単独で、あるいは圧力可変手段140とともに設けることができる。
<Eighth Embodiment>
The eighth embodiment of the pantograph to which the present invention is applied includes a one-push type air spring unit 500 described below instead of the double-push type (opposing type) air spring unit 100 of the first embodiment. Yes.
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of the air spring unit 500.
The air spring unit 500 has a configuration in which the upper air spring 120 is omitted from the air spring unit 100 of the first embodiment, and the piston 110 is biased only by the lower air spring 130.
Therefore, the conduit of the pressure varying means 140 is connected only to the tank 131 of the lower air spring 130.
The spring constant of the air spring unit 500 is expressed by the following formula 10.

In the eighth embodiment described above, it is necessary to perform control in consideration of the displacement of the neutral position of the piston 110 due to a change in pressure or the like, but the structure of the air spring unit is simplified to reduce the weight of the pantograph. It can be downsized.
The tank 131 of the lower air spring 130 can be provided with the volume variable means 150 and 160 described above alone or together with the pressure variable means 140.

<第9の実施形態>
本発明を適用したパンタグラフの第9の実施形態は、第8の実施形態のローリングダイアフラム型の空気バネユニット500に代えて、以下説明するエアシリンダ型の空気バネユニット600を備えている。
図14は、空気バネユニット600の模式的透視図であって、図14(a)は無負荷状態を示し、図14(b)はピストン620が下向きの入力Fで押下げられた状態を示している。
空気バネユニット600は、シリンダ610、ピストン620、ロッド630、気室640を備えている。
<Ninth Embodiment>
The ninth embodiment of the pantograph to which the present invention is applied includes an air cylinder type air spring unit 600 described below, instead of the rolling diaphragm type air spring unit 500 of the eighth embodiment.
14A and 14B are schematic perspective views of the air spring unit 600. FIG. 14A shows a no-load state, and FIG. 14B shows a state in which the piston 620 is pushed down by the downward input F. ing.
The air spring unit 600 includes a cylinder 610, a piston 620, a rod 630, and an air chamber 640.

シリンダ610は、円筒状に形成され、その筒軸はほぼ上下方向に沿わせて配置されている。シリンダ610の下端部は平板状の端面によって閉塞されている。また、シリンダ610の上端部は開口となっており、大気に開放されている。   The cylinder 610 is formed in a cylindrical shape, and its cylinder axis is arranged substantially along the vertical direction. The lower end of the cylinder 610 is closed by a flat end face. Further, the upper end portion of the cylinder 610 is an opening and is open to the atmosphere.

ピストン620は円盤状に形成され、シリンダ610の軸方向に沿って移動可能な状態でシリンダ610内に挿入されている。ピストン620の外周縁部には、シリンダ610の内周面との間で気密を保つシール手段が設けられている。
ロッド630は、ピストン620の上面から突き出して形成され、その上端部はシリンダ610の上端部から突き出して配置されている。
The piston 620 is formed in a disc shape, and is inserted into the cylinder 610 in a state where it can move along the axial direction of the cylinder 610. Sealing means for maintaining airtightness with the inner peripheral surface of the cylinder 610 is provided at the outer peripheral edge of the piston 620.
The rod 630 is formed to protrude from the upper surface of the piston 620, and the upper end portion thereof is disposed to protrude from the upper end portion of the cylinder 610.

気室640は、シリンダ610の内部におけるピストン620よりも下側の領域に形成される。
そして、第8の実施形態と同様の圧力可変手段140、容積可変手段150、160等の各管路は、この気室640にそれぞれ接続される。
以上説明した第9の実施形態においても、上述した第8の実施形態と同様の効果を得ることができる。
The air chamber 640 is formed in a region below the piston 620 inside the cylinder 610.
Then, the respective pipelines such as the pressure variable means 140 and the volume variable means 150, 160, which are the same as those in the eighth embodiment, are connected to the air chamber 640, respectively.
Also in the ninth embodiment described above, the same effects as those in the eighth embodiment described above can be obtained.

(他の実施の形態)
なお、本発明は上記した実施形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記実施形態を応用した次の各形態を実施することもできる。
(1)パンタグラフ、空気バネユニットの形状や構成は上述した各実施形態に限定されず、適宜変更することができる。例えば、パンタグラフは、舟体に対して相対移動可能な可動式すり板を備えたものであってもよい。この場合、舟体とすり板との間に可変バネ要素を設けるとよい。また、空気バネとして、ローリングダイアフラム型、エアシリンダ型以外の例えばベローズ型等のものを用いてもよい。
(2)上述した各実施形態において、空気バネユニットは空気を作動気体としているが、例えば窒素ガス等空気以外の作動気体を用いてもよい。
(3)上述した各実施形態は、車両の走行速度に応じて可変バネ要素のバネ定数を変更しているが、例えば車両の走行速度が一定であっても、ハンガ間隔等の違いによって集電摺動部が加振される周波数が変わる場合には、加振周波数に応じてバネ定数を変更してもよい。
(4)上述した各実施形態は、圧力可変手段として比例リリーフ弁による電流制御を用いているが、これに限らず、他の方法によって圧力を制御してもよい。例えば、空気バネの気室又は連通部分に圧力センサを設けて、圧力の実測値に基づくフィードバック制御を行ってもよい。
(Other embodiments)
In addition, this invention is not limited only to above-described embodiment, Various application and deformation | transformation can be considered. For example, the following embodiments applying the above embodiment can be implemented.
(1) The shape and configuration of the pantograph and the air spring unit are not limited to the above-described embodiments, and can be changed as appropriate. For example, the pantograph may include a movable sliding plate that can move relative to the hull. In this case, a variable spring element may be provided between the boat body and the sliding plate. Further, as the air spring, for example, a bellows type other than the rolling diaphragm type and the air cylinder type may be used.
(2) In each embodiment described above, the air spring unit uses air as the working gas, but working gas other than air, such as nitrogen gas, may be used.
(3) In each of the above-described embodiments, the spring constant of the variable spring element is changed according to the traveling speed of the vehicle. For example, even if the traveling speed of the vehicle is constant, current collection is performed due to a difference in hanger interval or the like. When the frequency at which the sliding portion is vibrated changes, the spring constant may be changed according to the vibration frequency.
(4) Although each embodiment mentioned above uses the current control by a proportional relief valve as a pressure variable means, it is not restricted to this, You may control a pressure by another method. For example, a pressure sensor may be provided in the air chamber or the communication portion of the air spring to perform feedback control based on the actual pressure value.

ところで、前述の空気バネにおいては、上下空気バネのタンクの内圧を調整して、舟体を車体に対して剛性可変に支持している。空気バネのピストンが振動している間に、列車の走行速度の変化に応じてタンクの内圧を増加又は減圧する場合、ピストンが中立位置にあるときに増加又は減圧できれば、各タンクの定常的ガス圧を均一に保つことができる。しかし、ピストンが中立位置以外の位置にあるときに増加又は減圧すると、各タンク内の定常的ガス圧に差が生じ、ピストンの中立位置が変化してしまう場合がある。   By the way, in the above-mentioned air spring, the internal pressure of the tank of the upper and lower air springs is adjusted to support the boat body with variable rigidity with respect to the vehicle body. When the internal pressure of the tank is increased or decreased according to the change in the traveling speed of the train while the piston of the air spring is vibrating, if the piston can be increased or decreased when the piston is in the neutral position, the steady gas in each tank The pressure can be kept uniform. However, if the piston is increased or depressurized when the piston is in a position other than the neutral position, a difference may occur in the steady gas pressure in each tank, and the neutral position of the piston may change.

図15は、ピストンの変位を示す図であり、図15(A)はピストンが中立位置にある場合、図15(B)はピストンに図の下向きの力Fが加えられた状態を示す。
図16は、ピストンが中立位置にあるときにタンクの内圧を変更する場合のピストン変位、比例リリーフ弁指令圧力、上部タンク、下部タンク、復元力の時間経過の一例を説明する図である。
図17は、ピストンが中立位置以外にあるときにタンクの内圧を変更する場合のピストン変位、比例リリーフ弁指令圧力、上部タンク、下部タンク、復元力の時間経過の一例を説明する図である。
15A and 15B are diagrams showing displacement of the piston. FIG. 15A shows a state where the piston is in the neutral position, and FIG. 15B shows a state where a downward force F is applied to the piston.
FIG. 16 is a diagram for explaining an example of the passage of time of the piston displacement, the proportional relief valve command pressure, the upper tank, the lower tank, and the restoring force when the internal pressure of the tank is changed when the piston is in the neutral position.
FIG. 17 is a diagram for explaining an example of the passage of time of piston displacement, proportional relief valve command pressure, upper tank, lower tank, and restoring force when the internal pressure of the tank is changed when the piston is in a position other than the neutral position.

まず、図15、図16を参照してピストン110が中立位置にあるときにタンクの内圧を増加する場合を説明する。
図16(A)に示すように、ピストン110は通常時ほぼ一定の振幅・周波数で往復運動している。ピストン110が中立位置にある(ピストン変位が0のとき)とき(時間t)に、管路142、143の比例リリーフ弁144、145に制御装置から昇圧指令(この例では1→2)が受信されると、比例リリーフ弁144、145が開いて空気溜め141からタンク121、131に圧縮空気が導入される(図16(B)参照)。図16(C)、(D)に示すように、上下のタンク121、131の内圧は、ピストンの往復運動に応じて互いに逆の正弦波状に変動している。ピストン変位が0のとき、すなわち、上下のタンク121、131の定常的圧力が同じ(この例では1)のときに、圧縮空気が導入された後、タンク121、131の定常的圧力は指令された圧力(この例では2)に上がる。そして、その昇圧した値を中心として、それぞれピストン110の往復運動に応じた正弦波状に変動する。その結果、図16(E)に示すように、ピストン110の復元力は、内圧が上がった分だけ絶対値が大きくなり、平均値は0である。
復元力とは、図15(B)において、ピストン110に外力Fがかかって距離xだけ下方向へ押し下げられた場合、ピストン110が元の中立位置に戻ろうとする力であり、この外力Fに対抗する力F1とF2の和である。
First, the case where the internal pressure of the tank is increased when the piston 110 is in the neutral position will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 16A, the piston 110 normally reciprocates with a substantially constant amplitude and frequency. When the piston 110 is in the neutral position (when the piston displacement is 0) (time t 0 ), a pressure increase command (1 → 2 in this example) is sent from the control device to the proportional relief valves 144 and 145 of the pipe lines 142 and 143. When received, the proportional relief valves 144 and 145 are opened, and compressed air is introduced from the air reservoir 141 into the tanks 121 and 131 (see FIG. 16B). As shown in FIGS. 16C and 16D, the internal pressures of the upper and lower tanks 121 and 131 fluctuate in opposite sine waves according to the reciprocating motion of the piston. When the piston displacement is 0, that is, when the steady pressures of the upper and lower tanks 121 and 131 are the same (1 in this example), the steady pressures of the tanks 121 and 131 are commanded after the compressed air is introduced. The pressure increases to 2 (in this example 2). And it fluctuates in the shape of a sine wave corresponding to the reciprocating motion of the piston 110 around the boosted value. As a result, as shown in FIG. 16E, the absolute value of the restoring force of the piston 110 increases as the internal pressure increases, and the average value is zero.
In FIG. 15B, the restoring force is a force that causes the piston 110 to return to the original neutral position when the external force F is applied to the piston 110 and pushed downward by the distance x. It is the sum of opposing forces F1 and F2.

一方、図17(A)に示すように、ピストン110が変動位置(この例では1)にあるとき(時間t)に、図17(B)に示すように、管路142、143の比例リリーフ弁144、145に制御装置から昇圧指令(この例では1→2)が受信されたとする。このとき(時間t)、ピストン110の往復運動により、図17(C)、(D)に示すように、上部タンク121は一時的に内圧が上がっている状態(この例では1.25)、下部タンク131は一時的に内圧が下がっている状態(この例では0.75)とする。この状態で昇圧指令が受信されると、上部タンク121の内圧は、図17(C)に示すように、一時的に上がった値(1.25)から指令圧力(2)に昇圧し、下部タンク131の内圧は、図17(D)に示すように、一時的に下がった値(0.75)から指令圧力(2)に昇圧する。その後、タンク121、131の内圧は、連続して正弦波状に変動するが、上部タンク121では内圧が下がる方向に、下部タンク131では内圧が上がる方向に変動する。その結果、図17(C)、(D)の指令圧力受信(時間t)後の状態に示すように、上部タンク121の圧力の平均(定常的圧力、この例では1.75)と、下部131の圧力の平均(定常的圧力、この例では2.25)が異なってしまう。すると、図17(E)に示すように、ピストン110の復元力は、内圧が上がった分だけ絶対値は大きくなるが、平均値は0から外れ、ピストン110は、中立位置から外れた位置を中心として往復運動するようになる。 On the other hand, as shown in FIG. 17A, when the piston 110 is in the fluctuating position (1 in this example) (time t 0 ), as shown in FIG. It is assumed that a boost command (1 → 2 in this example) is received by the relief valves 144 and 145 from the control device. At this time (time t 0 ), as shown in FIGS. 17C and 17D, the internal pressure of the upper tank 121 is temporarily increased by the reciprocating motion of the piston 110 (1.25 in this example). The lower tank 131 is in a state where the internal pressure is temporarily lowered (0.75 in this example). When a pressure increase command is received in this state, the internal pressure of the upper tank 121 is increased from the temporarily increased value (1.25) to the command pressure (2) as shown in FIG. The internal pressure of the tank 131 is increased from the temporarily reduced value (0.75) to the command pressure (2) as shown in FIG. Thereafter, the internal pressures of the tanks 121 and 131 continuously change in a sine wave shape, but in the direction in which the internal pressure decreases in the upper tank 121 and in the direction in which the internal pressure increases in the lower tank 131. As a result, as shown in the state after command pressure reception (time t 0 ) in FIGS. 17C and 17D, the average of the pressure in the upper tank 121 (steady pressure, 1.75 in this example), The average of the pressure of the lower part 131 (steady pressure, 2.25 in this example) is different. Then, as shown in FIG. 17 (E), the restoring force of the piston 110 increases in absolute value as the internal pressure increases, but the average value deviates from 0, and the piston 110 moves away from the neutral position. Reciprocates as the center.

このような場合、空気バネの動作が不安定になったり、左右の空気バネにおいてピストンの中立位置が異なって、パンタグラフが傾いたり、トロリ線を過度に押し上げたりするような事態が起こりうる。   In such a case, the operation of the air spring may become unstable, or the neutral position of the piston may be different between the left and right air springs, and the pantograph may tilt or the trolley wire may be pushed up excessively.

以下に、このようなピストン110の中立位置が変化することを防止するように改良を加えた例を説明する。
<第10の実施形態>
第10の実施形態のパンタグラフは、第1の実施形態における圧力可変手段140(図3参照)に、図18に示すような変更を加えたものである。
図18は、第10の実施形態に係る空気バネユニットを模式的に説明する断面図である。
図19は、図18の空気バネユニットにおいて、ピストンが中立位置以外にあるときにタンクの内圧を変更する場合のピストン変位、比例リリーフ弁指令圧力、上部タンク、下部タンク、復元力の時間経過の一例を説明する図である。
本実施形態のパンタグラフは、上下のタンク121、131と空気溜め141との間の管路142、143の、比例リリーフ弁144、145と各タンク121、131との間に絞り(流量制限部)148、149を設けたものである。
ここで絞りとは、管路の一部の流路断面積を他の部分よりも小さくする等して、流路抵抗(圧力損失)を発生させ、流量を制限するものである。絞りの他に、流量制御弁、多孔質絞りやベンチェリ等を使用することもできる。
Hereinafter, an example in which such an improvement is made to prevent the neutral position of the piston 110 from changing will be described.
<Tenth Embodiment>
The pantograph of the tenth embodiment is obtained by adding changes as shown in FIG. 18 to the pressure variable means 140 (see FIG. 3) in the first embodiment.
FIG. 18 is a cross-sectional view schematically illustrating an air spring unit according to the tenth embodiment.
FIG. 19 is a graph showing the time elapse of the piston displacement, the proportional relief valve command pressure, the upper tank, the lower tank, and the restoring force when the internal pressure of the tank is changed when the piston is in a position other than the neutral position in the air spring unit of FIG. It is a figure explaining an example.
In the pantograph of this embodiment, the throttles (flow restricting portions) between the proportional relief valves 144 and 145 and the respective tanks 121 and 131 in the pipe lines 142 and 143 between the upper and lower tanks 121 and 131 and the air reservoir 141. 148 and 149 are provided.
Here, the restriction means that a flow passage resistance (pressure loss) is generated and a flow rate is restricted by making a flow passage cross-sectional area of a part of a pipe line smaller than other portions. In addition to the restriction, a flow control valve, a porous restriction, a venturi, or the like can be used.

このような絞り148、149を設けることにより、比例リリーフ弁144、145に制御装置から昇圧指令が受信されて(時間t)、設定圧力が変更されると、図19(B)に示すように、空気溜め141からタンク121、131に圧縮空気が徐々に導入され始め、ある程度の時間をかけてタンク121、131の内圧(定常的圧力)を変化させる(時間t)。なお、比例リリーフ弁144、145は、昇圧指令受信後も開かれている。すなわち、比例リリーフ弁144、145と絞り148、149との間の管路内の圧力を設定圧力に保つように空気を供給又は排出する。
なお、タンク121、131の内圧が指令圧力よりも高い場合は、タンク121、131内の空気をエアベントから解放して目標圧力まで減圧する。
By providing such throttles 148 and 149, when the pressure increasing command is received by the proportional relief valves 144 and 145 from the control device (time t 0 ) and the set pressure is changed, as shown in FIG. Then, the compressed air starts to be gradually introduced from the air reservoir 141 to the tanks 121 and 131, and the internal pressure (steady pressure) of the tanks 121 and 131 is changed over a certain period of time (time t 1 ). Note that the proportional relief valves 144 and 145 are opened even after the boost command is received. That is, air is supplied or discharged so as to keep the pressure in the pipe line between the proportional relief valves 144 and 145 and the throttles 148 and 149 at the set pressure.
When the internal pressure of the tanks 121 and 131 is higher than the command pressure, the air in the tanks 121 and 131 is released from the air vent and the pressure is reduced to the target pressure.

つまり、図19(A)に示すように、ピストン110が変動位置(この例では1)にあるとき(時間t)に、図19(B)、(C)に示すように上部タンク121は一時的に内圧が上がり(この例では1.25)下部タンク131は一時的に内圧が下がっている(この例では0.75)状態であっても、タンク121、131の内圧の変化(定常圧力の変化)が完了するまでの間(時間t→t)にピストン110が往復運動して、図19(C)、図19(D)に示すように、両タンクとも、最終的には、昇圧された分(定常的な増加分)だけ上がった値となる。そして、図19(E)に示すように、復元力は昇圧された分だけ絶対値が大きくなり、平均値は0である。 That is, as shown in FIG. 19 (A), when the piston 110 is in the fluctuation position (1 in this example) (time t 0 ), the upper tank 121 is moved as shown in FIGS. 19 (B) and (C). Even when the internal pressure of the lower tank 131 temporarily increases (1.25 in this example) (0.75 in this example), the internal pressure of the tanks 121 and 131 changes (steady state). The piston 110 reciprocates until the pressure change is completed (time t 0 → t 1 ), and as shown in FIGS. 19 (C) and 19 (D), both tanks finally Is a value increased by the boosted amount (steady increase). Then, as shown in FIG. 19E, the restoring force has an absolute value that is increased by the boosted amount, and the average value is zero.

この例においては、比例リリーフ弁144、145と絞り148、149との間の圧力を目標とする定常的ガス圧に維持することとすれば、上記の原因以外に、各タンク間に定常的な内圧の差が生じ、ピストン110の中立位置がずれた場合でも、ピストン110の使用中(ストローク中)に内圧の差を徐々に是正して、中立位置を元の位置に戻すことができる。   In this example, if the pressure between the proportional relief valves 144 and 145 and the throttles 148 and 149 is maintained at the target steady gas pressure, in addition to the above causes, the steady pressure between the tanks is constant. Even when the neutral position of the piston 110 shifts due to a difference in internal pressure, the neutral position can be gradually corrected while the piston 110 is in use (during a stroke), and the neutral position can be returned to the original position.

<第11の実施形態>
第11の実施形態のパンタグラフは、第1の実施形態における空気バネユニットの上部及び下部空気バネ120、130(図3参照)に、図20に示すような変更を加えたものである。
図20は、第11の実施形態に係る空気バネユニットを模式的に説明する断面図である
図21は、図20の空気バネユニットにおいて、ピストンが中立位置以外にあるときにタンクの内圧を変更する場合のピストン変位、比例リリーフ弁指令圧力、上部タンク、下部タンク、復元力の時間経過の一例を説明する図である。
本実施形態のパンタグラフは、図20に示すように、タンク121、131を連通する管路170を設け、その管路170の途中に絞り171を設けたものである。絞り171の開度は、ピストン110の通常のストローク運動時に一時的に発生する上部タンク121の内圧と下部タンクの内圧との差が保持され、バネとしての効果が確保できる程度とする。
<Eleventh embodiment>
The pantograph of the eleventh embodiment is obtained by adding changes as shown in FIG. 20 to the upper and lower air springs 120 and 130 (see FIG. 3) of the air spring unit in the first embodiment.
FIG. 20 is a cross-sectional view schematically illustrating the air spring unit according to the eleventh embodiment. FIG. 21 is a diagram illustrating how the internal pressure of the tank is changed when the piston is in a position other than the neutral position in the air spring unit of FIG. It is a figure explaining an example of time passage of piston displacement, proportional relief valve command pressure, upper tank, lower tank, and restoring force when doing.
As shown in FIG. 20, the pantograph of this embodiment is provided with a pipe line 170 communicating with tanks 121 and 131, and a throttle 171 provided in the middle of the pipe line 170. The opening of the throttle 171 is set such that the difference between the internal pressure of the upper tank 121 and the internal pressure of the lower tank, which are temporarily generated during the normal stroke movement of the piston 110, is maintained, and the effect as a spring can be secured.

図21(A)に示すように、ピストン110が変動位置(この例では1)にあるとき(時間t)に、図21(B)に示すように、各管路の比例リリーフ弁144、145に制御装置から昇圧指令(この例では1→2)が受信されるとする。なお、これらの比例リリーフ弁144、145は圧縮空気導入後閉じられる。圧縮空気導入開始後は、図17で説明したように、上部タンク121の内圧は、上がった値(この例では1.25)から指令圧力(この例では2)に昇圧し、下部タンク131の内圧は、下がった値(この例では0.75)から指令圧力(この例では2)に昇圧する。その後、図17で説明したように、タンク121、131の内圧は、上部タンク121では内圧が下がる方向に、下部タンク131では内圧が上がる方向に連続して変動する。しかし、図21(C)、図21(D)に示すように、時間の経過によって、高圧の方のタンク121から低圧の方のタンク131へ、管路170を通って圧縮空気が流れ、最終的には、両タンク121、131の内圧は定常的な昇圧分だけ上昇した同じ値になる。復元力も、図21(E)に示すように、初期段階では平均荷重が0からずれているが、時間の経過に伴って徐々に0となる。 As shown in FIG. 21 (A), when the piston 110 is in the fluctuating position (1 in this example) (time t 0 ), as shown in FIG. 21 (B), the proportional relief valve 144 of each pipeline, Assume that a boost command (1 → 2 in this example) is received from the control device at 145. These proportional relief valves 144 and 145 are closed after the introduction of compressed air. After the start of the introduction of compressed air, the internal pressure of the upper tank 121 is increased from the increased value (1.25 in this example) to the command pressure (2 in this example) as described with reference to FIG. The internal pressure is increased from the lowered value (0.75 in this example) to the command pressure (2 in this example). Thereafter, as described with reference to FIG. 17, the internal pressures of the tanks 121 and 131 continuously vary in the direction in which the internal pressure decreases in the upper tank 121 and in the direction in which the internal pressure increases in the lower tank 131. However, as shown in FIGS. 21 (C) and 21 (D), as time passes, compressed air flows from the high-pressure tank 121 to the low-pressure tank 131 through the conduit 170, and finally Specifically, the internal pressures of both tanks 121 and 131 become the same value increased by a steady pressure increase. As shown in FIG. 21E, the restoring force also has an average load deviated from 0 in the initial stage, but gradually becomes 0 with the passage of time.

なお、管路170には絞り171が設けられおり、圧縮空気は高圧側のタンクから低圧側のタンクへ一気に流れないので、ピストン110のストロークによって発生する一時的な上部タンク121の内圧と下部タンク131の内圧の差は保持され、可変バネ要素のバネ定数も維持できる。   The pipe line 170 is provided with a throttle 171, and the compressed air does not flow from the high pressure side tank to the low pressure side tank at a stretch. Therefore, the temporary internal pressure of the upper tank 121 generated by the stroke of the piston 110 and the lower tank The difference in internal pressure 131 is maintained, and the spring constant of the variable spring element can be maintained.

本発明を適用したパンタグラフの第1の実施形態を車両進行方向から見た模式的正面図である。It is the typical front view which looked at the 1st embodiment of the pantograph to which the present invention is applied from the direction of vehicles travel. 図1のパンタグラフに備えられる空気バネユニットの模式的断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an air spring unit provided in the pantograph of FIG. 1. 図2の空気バネに備えられる圧力可変手段の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the pressure variable means with which the air spring of FIG. 2 is equipped. パンタグラフの追随振幅特性の評価に用いられるバネ−質点モデルを示す図である。It is a figure which shows the spring-mass point model used for evaluation of the following amplitude characteristic of a pantograph. パンタグラフの追随振幅特性の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the following amplitude characteristic of a pantograph. パンタグラフの空気バネユニットのバネ定数を変化させた場合の追随振幅特性の変化の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the change of the following amplitude characteristic at the time of changing the spring constant of the air spring unit of a pantograph. 本発明を適用したパンタグラフの第2の実施形態における容積可変手段の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the volume variable means in 2nd Embodiment of the pantograph to which this invention is applied. 本発明を適用したパンタグラフの第3の実施形態における圧力可変手段及び容積可変手段の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the pressure variable means and volume variable means in 3rd Embodiment of the pantograph to which this invention is applied. 本発明を適用したパンタグラフの第4の実施形態における圧力可変手段及び容積可変手段の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the pressure variable means and volume variable means in 4th Embodiment of the pantograph to which this invention is applied. 本発明を適用したパンタグラフの第5の実施形態における空気バネユニットの模式的断面図である。It is typical sectional drawing of the air spring unit in 5th Embodiment of the pantograph to which this invention is applied. 本発明を適用したパンタグラフの第6の実施形態における空気バネユニットの模式的断面図である。It is typical sectional drawing of the air spring unit in 6th Embodiment of the pantograph to which this invention is applied. 本発明を適用したパンタグラフの第7の実施形態における空気バネユニットの模式的透視斜視図である。It is a typical see-through | perspective perspective view of the air spring unit in 7th Embodiment of the pantograph to which this invention is applied. 本発明を適用したパンタグラフの第8の実施形態における空気バネユニットの模式的断面図である。It is typical sectional drawing of the air spring unit in 8th Embodiment of the pantograph to which this invention is applied. 本発明を適用したパンタグラフの第9の実施形態における空気バネユニットの模式的透視斜視図である。It is a typical see-through | perspective perspective view of the air spring unit in 9th Embodiment of the pantograph to which this invention is applied. ピストンの変位を示す図であり、図15(A)はピストンが中立位置にある場合、図15(B)はピストンに図の下向きの力Fが加えられた状態を示す。FIG. 15A shows a displacement of the piston. FIG. 15A shows a state in which a downward force F is applied to the piston when the piston is in a neutral position. ピストンが中立位置にあるときにタンクの内圧を変更する場合のピストン変位、比例リリーフ弁指令圧力、上部タンク、下部タンク、復元力の時間経過の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of time passage of piston displacement, proportional relief valve command pressure, an upper tank, a lower tank, and restoring force when changing an internal pressure of a tank when a piston is in a neutral position. ピストンが中立位置以外にあるときにタンクの内圧を変更する場合のピストン変位、比例リリーフ弁指令圧力、上部タンク、下部タンク、復元力の時間経過の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of time passage of piston displacement, proportional relief valve command pressure, an upper tank, a lower tank, and restoring force when changing an internal pressure of a tank when a piston is in a position other than a neutral position. 本発明を適用したパンタグラフの第10の実施形態に係る空気バネユニットを模式的に説明する断面図である。It is sectional drawing which illustrates typically the air spring unit which concerns on 10th Embodiment of the pantograph to which this invention is applied. 図18の空気バネユニットにおいて、ピストンが中立位置以外にあるときにタンクの内圧を変更する場合のピストン変位、比例リリーフ弁指令圧力、上部タンク、下部タンク、復元力の時間経過の一例を説明する図である。In the air spring unit of FIG. 18, an example of the passage of time of the piston displacement, the proportional relief valve command pressure, the upper tank, the lower tank, and the restoring force when the internal pressure of the tank is changed when the piston is in a position other than the neutral position will be described. FIG. 本発明を適用したパンタグラフの第11の実施形態に係る空気バネユニットを模式的に説明する断面図である。It is sectional drawing which illustrates typically the air spring unit which concerns on 11th Embodiment of the pantograph to which this invention is applied. 図20の空気バネユニットにおいて、ピストンが中立位置以外にあるときにタンクの内圧を変更する場合のピストン変位、比例リリーフ弁指令圧力、上部タンク、下部タンク、復元力の時間経過の一例を説明する図である。In the air spring unit of FIG. 20, an example of the passage of time of piston displacement, proportional relief valve command pressure, upper tank, lower tank, and restoring force when the internal pressure of the tank is changed when the piston is in a position other than the neutral position will be described. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 パンタグラフ
10 舟体
11 すり板体
12 接続ステー
20 台枠
21 碍子
30 枠体
31 上枠
32 下枠
33 ヒンジ
34 天井管
100 空気バネユニット
110 ピストン
111 フランジ
120 上部空気バネ
130 下部空気バネ
121,131 タンク
122,132 ダイアフラム
123,133 ストッパ
140 圧力可変手段
141 空気溜め
144,145 比例リリーフ弁
148,149 絞り
170 管路
171 絞り
C 制御装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pantograph 10 Ship body 11 Ground plate body 12 Connection stay 20 Base frame 21 Insulator 30 Frame body 31 Upper frame 32 Lower frame 33 Hinge 34 Ceiling pipe 100 Air spring unit 110 Piston 111 Flange 120 Upper air spring 130 Lower air spring 121, 131 Tank 122, 132 Diaphragm 123, 133 Stopper 140 Pressure variable means 141 Air reservoir 144, 145 Proportional relief valve 148, 149 Restriction 170 Pipe line 171 Restriction C Controller

Claims (11)

トロリ線に接触する集電摺動部と、
前記集電摺動部を車体に対し変位可能に支持する支持機構と、
前記支持機構に設けられたバネ定数を変更可能な可変バネ要素と、
前記車両の走行時に前記トロリ線が前記集電摺動部を加振する卓越周波数に応じて前記可変バネ要素の前記バネ定数を変更する制御手段と、
を備えるパンタグラフであって、
前記可変バネ要素が圧縮ガスの貯留されるガス室を有する空気バネであり、
前記制御手段の出力に応じて前記ガス室内の前記圧縮ガスの圧力を変更する圧力可変手段を備え、
さらに、前記可変バネ要素が、
該可変バネ要素の付勢力を前記集電摺動部に伝達する付勢力伝達部材と、
前記付勢力伝達部材を前記トロリ線方向に付勢する第1の空気バネと、
前記付勢力伝達部材を前記第1の空気バネとはほぼ反対方向に付勢する第2の空気バネとを備えることを特徴とするパンタグラフ。
A current collector sliding part in contact with the trolley wire;
A support mechanism for supporting the current collector sliding portion so as to be displaceable with respect to the vehicle body;
A variable spring element capable of changing a spring constant provided in the support mechanism;
Control means for changing the spring constant of the variable spring element in accordance with a dominant frequency at which the trolley wire vibrates the current collector sliding part during travel of the vehicle;
A pantograph with a,
The variable spring element is an air spring having a gas chamber in which compressed gas is stored;
Pressure varying means for changing the pressure of the compressed gas in the gas chamber according to the output of the control means;
Further, the variable spring element is
An urging force transmission member for transmitting the urging force of the variable spring element to the current collector sliding portion;
A first air spring that biases the biasing force transmitting member in the direction of the trolley wire;
A pantograph comprising a second air spring that urges the urging force transmitting member in a direction substantially opposite to the first air spring.
前記圧力可変手段が前記空気バネのガス室内圧力よりも高圧のガスを供給する高圧ガス供給源と、前記高圧ガス供給源と前記空気バネのガス室とを連通させる管路に設けられた圧力調整弁とを備えることを特徴とする請求項に記載のパンタグラフ。 The pressure adjusting means is provided in a high-pressure gas supply source for supplying a gas having a pressure higher than the pressure in the gas chamber of the air spring, and in a pipe line that connects the high-pressure gas supply source and the gas chamber of the air spring. The pantograph according to claim 1 , further comprising a valve. 前記可変バネ要素は、圧縮ガスの貯留されるガス室を有する空気バネであり、
前記制御手段の出力に応じて前記ガス室の容積を変更する容積可変手段を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載のパンタグラフ。
The variable spring element is an air spring having a gas chamber in which compressed gas is stored,
3. The pantograph according to claim 1, further comprising volume changing means for changing a volume of the gas chamber in accordance with an output of the control means.
前記容積可変手段が前記空気バネのガス室と管路を介して接続され、前記管路に設けられた弁によって前記ガス室と連通した状態又は遮断された状態を選択可能な副ガス室を備えることを特徴とする請求項に記載のパンタグラフ。 The volume variable means is connected to the gas chamber of the air spring via a pipe line, and has a sub gas chamber that can select a state connected to or shut off from the gas chamber by a valve provided in the pipe line. The pantograph according to claim 3 . 前記容積可変手段が前記空気バネのガス室と管路を介して接続され、連続的に容積を変更可能な容積可変ガス室を備えることを特徴とする請求項に記載のパンタグラフ。 4. The pantograph according to claim 3 , further comprising a volume-variable gas chamber that is connected to the gas chamber of the air spring via a pipe line and capable of continuously changing the volume. 5. 前記可変バネ要素が弾性を有する固体材料によって形成され、前記空気バネとほぼ同じ方向に前記集電摺動部を付勢する補助スプリングを備えることを特徴とする請求項1〜5いずれか1項に記載のパンタグラフ。 The variable spring element is formed by a solid material having elasticity, claims 1-5 any one, characterized in that it comprises an auxiliary spring that urges the current collector sliding portion in substantially the same direction as the air spring Pantograph as described in. 前記圧力可変手段と前記第1の空気バネのガス室とを連通させる管路、及び、前記圧力可変手段と前記第2の空気バネのガス室とを連通させる管路のそれぞれに、流量制限部が
設けられていることを特徴とする請求項1〜6いずれか1項に記載のパンタグラフ。
A flow rate restricting section is provided for each of a pipe line that communicates the pressure variable means and the gas chamber of the first air spring, and a pipe line that communicates the pressure variable means and the gas chamber of the second air spring. Is provided, The pantograph according to any one of claims 1 to 6 .
前記圧力可変手段は、各空気バネのガス室の圧力変更時以外であっても、該圧力可変手段と前記流量制限部との間の圧力を所定値に維持することを特徴とする請求項に記載のパンタグラフ。 Said pressure varying means, according to claim 7 be other than when the pressure change of the gas chamber of each air spring, characterized by maintaining a pressure between the pressure changing means and said flow restriction at a predetermined value Pantograph as described in. 前記第1の空気バネのガス室と前記第2の空気バネのガス室とを連通させる管路と、
該管路に設けられた流量制限部と、
を備えることを特徴とする請求項1〜8いずれか1項に記載のパンタグラフ。
A conduit for communicating the gas chamber of the first air spring and the gas chamber of the second air spring;
A flow restriction provided in the pipe;
The pantograph according to any one of claims 1 to 8 , wherein the pantograph is provided.
前記圧力可変手段は、前記第1の空気バネのガス室及び第2の空気バネのガス室の圧力変更時以外はこれらのガス室から遮断されることを特徴とする請求項に記載のパンタグラフ。 10. The pantograph according to claim 9 , wherein the pressure varying means is cut off from these gas chambers except when the pressures of the gas chambers of the first air spring and the gas chamber of the second air spring are changed. . 請求項1〜10いずれか1項に記載のパンタグラフの追随特性向上方法であって、
前記車両の走行時に前記トロリ線が前記集電摺動部を加振する卓越周波数に応じて前記バネ要素のバネ定数を変更することを特徴とするパンタグラフの追随特性向上方法。
A method for improving the following characteristics of a pantograph according to any one of claims 1 to 10 ,
A method for improving the following characteristic of a pantograph, wherein the spring constant of the spring element is changed in accordance with a dominant frequency at which the trolley wire vibrates the current-collecting sliding portion when the vehicle is running.
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